[論文レビュー] Time-Delay Measurement for the Quadruple Lens RX J1131-1231

N. D. Morgan, C. S. Kochanek+2 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 2006

Adaptive optics and wavefront sensing被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、ハッブル宇宙望遠鏡、スピッツァー宇宙望遠鏡、および地上望遠鏡からの多波長モニタリングを用いて、四重レンズRX J1131-1231の時間遅れを測定し、標準の等温ホールモデルと整合しない異常なカスプ遅れ（A–B = 11.98±1.52日、A–C = 9.61±1.97日）を発見した。結果は、画像Aの近くに質量が大きく（約5×10¹⁰ M☉）、近接した準星系銀河の存在と視線方向の構造の両方が必要であることを示しており、ハッブル定数の推定と質量モデリングを複雑にする。

ABSTRACT

We have measured the three time delays for the quadruple gravitational lens RX J1131-1231 using two seasons of monitoring data. The short delays between cusp images are A-B = 11.98 +1.52,-1.27 days and A-C = 9.61 +1.97,-1.57 days. The long A-D delay for the counter image is not as precisely determined because of the season gaps, but the data suggest a delay of -87 +- 8 days. The short delays are difficult to explain using standard isothermal halo models of the lensing potential, which instead prefer A-B and A-C delays of ~1 day for reasonable values of the Hubble constant. Matching the cusp delays is possible by adding a significant (~5 x 10^10 M_sun) amount of matter nearly coincident (~0.05" South-East) with the A image. Adding such a satellite also helps improve the quasar and lens astrometry of the model, reduces the velocity dispersion of the main lens and shifts it closer to the Fundamental Plane. This is suggestive of a satellite galaxy to the primary lens, but its expected luminosity and proximity to both image A and the system's bright Einstein ring make visual identification impossible even with the existing HST data. We also find evidence for significant structure along the line of sight toward the lens. Archival Chandra observations show two nearby regions of extended X-ray emission, each with bolometric X-ray luminosities of 2-3 x 10^43 ergs/s. The brighter region is located 153" from the lens and centered on a z=0.1 foreground cD galaxy, and the fainter and presumably more distant region is 4-5 times closer (in angular separation) to the lens and likely corresponds to the weaker of two galaxy red sequences (which includes the lens galaxy) previously detected at optical wavelengths.

研究の動機と目的

• 重力レンズ効果を受けるクェーサーRX J1131-1231の4つの像間の正確な時間遅れを、複数エポックの光度測定を用いて測定すること。
• 観測された時間遅れと、レンズのポテンシャルを表す標準的等温ホールモデルによる予測との間の不一致を解消すること。
• レンズ系に影響を与える可能性のある準構造、外部質量の摂動、視線方向の構造の存在を調査すること。
• 時間遅れの制約を用いて、クェーサーおよびレンズ銀河の位置のアストロメトリックおよび光度的モデリングを改善すること。
• 強力レンズ系におけるハッブル定数の推定と質量プロファイル再構築に与える影響を評価すること。

提案手法

• RX J1131-1231の4つのレンズ像のflux変動を追跡するために、SMARTS 1.3m望遠鏡、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）、およびスピッツァー宇宙望遠鏡を用いた複数エポックの光度測定が実施された。
• 時間遅れは、3つの観測所からの光曲線にクロス相関技術を適用することで測定され、季節的ギャップを補正するための正確な位相整合が行われた。
• 主レンズの質量プロファイルにはべき乗則を用い、観測された時間遅れとアストロメトリを再現するために追加の摂動子を導入したレンズモデルが構築された。
• アーカイブされたチャンドラ観測データを再分析し、視線方向に延びる拡張した発光構造を特定した。これは、前方の団やハローの存在を示唆する可能性がある。
• 質量シートデゲネラシーを解消するために、レンズ銀河の速度分散に関する制約を組み込み、ハッブル定数の推定を改善した。
• モデルフィッティングには滑らかな質量成分とコンパクトな摂動子を両方含め、コア半径、質量、空間的オフセットに関する制約を設けることで、誤った像の生成を回避した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ観測されたカスプ像間の時間遅れ（A–BおよびA–C）が、標準的等温ホールモデルによる予測と著しく異なるのか？
• RQ2 RX J1131-1231のカスプ像における異常な長い時間遅れを説明するには、どのような質量分布または準構造が必要か？
• RQ3 外部の質量摂動、あるいは視線方向の構造（例えば前方の団やX線ハロー）が、レンズ時間遅れに影響を与えていると想定できるか？
• RQ4 画像Aの近くに準星系銀河が存在するレンズモデルで、クェーサーおよびレンズ銀河のアストロメトリを同時に適合させることができるか？
• RQ5 観測された時間遅れは、この系から得られるハッブル定数推定の信頼性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• A–B時間遅れは11.98⁺¹.⁵²₋₁.²⁷日、A–C遅れは9.61⁺¹.⁹⁷₋₁.⁵⁷日と測定され、両者とも標準的等温モデルが予測する約1日よりも著しく長い。
• カスプ時間遅れを説明するには、画像Aの南東約0.05′′以内に質量が約5×10¹⁰ M☉の巨大準星系銀河が必要であり、余分な像を避けるためにコア半径が0.2′′以上である必要がある。
• A–D遅れは-87±8日と推定されたが、モニタリングの季節的ギャップのため、やや精度が低い。
• 準星系摂動子の導入により、クェーサーおよびレンズ銀河の位置へのフィットが改善され、主レンズの速度分散が低減し、ファンドメンタルプレーンに近づいた。
• チャンドラ再分析により、視線方向に2つのX線ハローが特定された：レンズからΔθ ≈ 153″離れた場所に、z=0.1のcD銀河に関連するものと、やや明るくないが近接したハローで、レンズ系の団環境に関連すると考えられる。
• 質量の大きな準星系、視線方向の構造、および多成分レンズ質量プロファイルを有するこの系の複雑さは、追加の制約がなければ、時間遅れを用いたハッブル定数推定の使用を困難にする。