[論文レビュー] What are the environments of lens galaxies?

Neal Dalal, Casey Watson|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、銀河-銀河レンズ効果と数密度の観測データを用いて、強力レンズ銀河のホール境界分布（HOD）を制約し、N体シミュレーションを用いてその環境をモデル化する。典型的なグループの収束率と歪みはそれぞれ ≈0.03 であり、ハッブル定数の測定に及ぼす環境的影響はわずか (~3%) であるが、観測されたレンズモデルでは外部歪みがより高水準 (~10–15%) に必要とされるため、未解明の歪みは準定常構造やエインシュタイン半径近辺の非一様ホール密度プロファイルに起因する可能性がある。

ABSTRACT

Using measured tangential shear profiles and number counts of massive elliptical galaxies, the halo occupation distribution of strong lensing galaxies is constrained. The resulting HOD is then used to populate an N-body simulation with lens galaxies, in order to assess the importance of environment for strong lensing systems. Typical estimated values for the convergence and shear produced by nearby correlated matter are kappa = gamma = 0.03, with much stronger events occurring relatively infrequently. This implies that estimates of quantities like the Hubble constant are not expected to be significantly biased by environmental effects. One puzzle is that predicted values for the external shear at lens galaxies are far below the values obtained by modeling of strong lensing data.

研究の動機と目的

• 銀河-銀河レンズ効果と数密度の観測データを用いて、質量的な楕円レンズ銀河のホール境界分布（HOD）を制約すること。
• 大規模構造に起因する環境的影響、特に収束率（κ）と歪み（γ）が強力レンズ系に与える影響を評価すること。
• CDMモデルからの予測される環境歪み（≈3%）と観測されたレンズモデルにおける要請される外部歪み（10–15%）の乖離を解明すること。
• レンズモデルに見られる未解明の高外部歪みが、レンズ銀河のホール、準定常構造、または近隣のグループに起因するかを調査すること。
• 精密宇宙論においてレンズ環境をモデル化する際に、潮汐歪みのみを仮定することが十分であるかを評価すること。

提案手法

• Sheldonら（2004）の銀河-銀河レンズ効果測定とShethら（2003）の数密度データを、ホールモデルフレームワーク内で統合し、レンズ銀河のHODを制約する。
• リムパー近似を用いて、赤方偏移にわたるレンズ重み関数の積分により、ホールモデルを用いて角度収束率および歪みパワー スペクトルを計算する。
• Sheth-Tormenの質量関数、Navarro-Frenk-White（NFW）ホール密度プロファイル、ホールバイアスの規定を用いて、銀河-質量クロスパワー スペクトルをモデル化する。
• 導出されたHODを用いてN体シミュレーションにレンズ銀河を配置し、κおよびγの統計的性質をシミュレートする。
• ホールモデルを用いて、レンズ銀河周囲の相関した物質からの投影収束率および歪みを予測し、グループ寄与と宇宙背景歪みを区別する。
• 予測された環境的影響（κgrp, γgrp）を観測されたレンズモデルパラメータと比較し、モデルの妥当性を評価し、乖離を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強力レンズ銀河に及ぼされる近くの相関した物質が引き起こす典型的な収束率（κgrp）と歪み（γgrp）は何か？
• RQ2 大規模構造に起因する環境的影響は、時間遅れレンズを用いたハッブル定数測定の精度にどのように影響を与えるか？
• RQ3 なぜレンズモデルでは通常10–15%の外部歪みを要するのに対し、CDMモデルからの予測ではわずか約3%の環境歪みしか得られないのか？
• RQ4 観測された高外部歪みは、銀河の形状と整合していると仮定した場合、レンズ銀河自身の暗黒物質ホールによって説明可能か？
• RQ5 準定常構造や非球対称な質量分布といった物理的メカニズムが、レンズモデルにおける未解明の歪みを説明できるか？

主な発見

• 典型的なグループ収束率および歪みはそれぞれ ≈0.03 と推定され、極めて強いイベントはまれにしか発生しない。
• ハッブル定数測定に及ぼされる環境的影響は最大で約3%のバイアスにとどまり、レンズベースのH₀推定値における一般的な系統的誤差（約10%）に比べて無視できる。
• 予測される環境歪み（約3%）と観測されたレンズモデル要請（約10–15%）の乖離は未解決のままであり、レンズモデリングにおける顕著なパズルを示している。
• ホールと銀河が良好に整列している場合、そのホールが外部歪みを生じる可能性は低い。これは、エインシュタイン半径を越えて急激な楕円度や方位の変化がない限り、歪みはほとんど生じないためである。
• レンズホールのみで約10–15%の歪みを生じさせるには、半径 ≈r_E 付近で顕著な構造的変化（ねじれや楕円度の変化）を示す必要があるが、これは観測されたホール-銀河整列傾向と整合しない。
• 未解明の歪みを説明するには、エインシュタイン半径近辺のホール準定常構造や非球対称な質量分布が不可欠であり、レンズモデルにより複雑な質量成分を組み込む必要がある可能性を示唆している。