[논문 리뷰] A Lower Limit on Omega-Lambda Using Gravitational Lensing in the Hubble Deep Field

Asantha Cooray, Jean M. Quashnock외 1명|ArXiv.org|1998. 06. 04.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 26인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 허블 심우주론적 필드에서의 중력 렌즈 효과를 이용하여 우주론적 상수를 제약하고 있으며, 관측된 강한 렌즈 효과를 받은 은하의 수에 따라 Ωₘ − Ω_Λ에 대한 95% 신뢰도 하한선을 −0.44에서 −0.73 사이로 도출한다. 평탄한 우주에서, 유일한 타당한 렌즈 효과를 받은 은하 후보가 존재할 경우, Ω_Λ < 0.79 (95% 신뢰수준)로 도출되며, 이는 초신성 및 렌즈 기반 추정치와 일치한다.

ABSTRACT

We calculate the expected number of multiply-imaged galaxies in the Hubble Deep Field (HDF), using photometric redshift information for galaxies with $m_I &lt; 27$ that were detected in all four HDF passbands. A comparison of these expectations with the observed number of strongly lensed galaxies places a lower limit on the current value of $Ω_m-Ω_Λ$, where $Ω_m$ is the cosmological mass density of the universe and $Ω_Λ$ is the normalized cosmological constant. Based on current estimates of the HDF luminosity function and associated uncertainties in individual parameters, our 95% confidence lower limit on $Ω_m-Ω_Λ$ is between -0.44, if there are no strongly lensed galaxies in the HDF, and -0.73, if there are two strongly lensed galaxies in the HDF. If the only lensed galaxy in the HDF is the one presently viable candidate, then, in a flat universe ($Ω_m+Ω_Λ=1$), $Ω_Λ &lt; 0.79$ (95% C.L.). These lower limits are compatible with estimates based on high-redshift supernovae and with previous limits based on gravitational lensing.

연구 동기 및 목표

• 허블 심우주론적 필드에서의 강한 중력 렌즈 효과를 이용하여 우주론적 상수(Ω_Λ)를 제약하는 것.
• 광학적 적색편이와 광도 함수를 기반으로 다중 영상으로 나타나는 은하의 기대 수를 추정하는 것.
• 예측된 수와 관측된 렌즈 효과를 받은 은하 수를 비교하여 Ωₘ − Ω_Λ에 대한 하한선을 도출하는 것.
• 광도 함수와 적색편이 분포에 대한 불확실성의 우주론적 제약에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 고적색편이 초신성에서의 독립적 측정치와 호환되는 렌즈 기반 제약을 제공하는 것.

제안 방법

• 모든 네 개의 허블 심우주론적 필드 필터에서 m_I < 27인 은하의 광학적 적색편이를 사용하여 원천의 적색편이 분포를 추정하였다.
• 허블 심우주론적 필드의 광도 함수를 사용하여 강한 렌즈 효과를 받는 은하의 기대 수를 모델링하였다.
• 표준 렌즈 이론을 사용하여 렌즈 효과를 주는 은하의 단순 등방성 구형 모형을 가정하여 렌즈 단면적을 계산하였다.
• Ωₘ와 Ω_Λ에 따라 기대되는 다중 영상 은하의 수를 다양한 우주론 모델에서 계산하였다.
• 관측된 렌즈 효과를 받은 은하 수(0~2개)를 예측치와 비교하여 Ωₘ − Ω_Λ에 대한 신뢰구간을 도출하였다.
• 베이지안 방식의 신뢰구간을 사용하여 다양한 가정 하에 Ωₘ − Ω_Λ에 대한 95% 하한선을 결정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 허블 심우주론적 필드에서의 강한 중력 렌즈 효과를 이용하여 Ωₘ − Ω_Λ에 대해 어떤 하한선을 설정할 수 있는가?
• RQ2 관측된 강한 렌즈 효과를 받은 은하의 수가 Ω_Λ 제약에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 렌즈 효과를 받은 은하가 감지되지 않았을 경우, Ωₘ − Ω_Λ에 대한 95% 신뢰도 하한선은 무엇인가?
• RQ4 결과는 고적색편이 초신성 및 기타 렌즈 연구에서의 제약과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 유일한 타당한 렌즈 효과를 받은 은하 후보가 존재할 경우, 평탄한 우주에서 Ω_Λ의 상한선은 무엇인가?

주요 결과

• 허블 심우주론적 필드에서 강한 렌즈 효과를 받은 은하가 관측되지 않으면, Ωₘ − Ω_Λ에 대한 95% 신뢰도 하한선은 −0.44이다.
• 두 개의 강한 렌즈 효과를 받은 은하가 필드에서 관측되면, 하한선은 −0.73로 더욱 강화된다.
• 평탄한 우주(Ωₘ + Ω_Λ = 1)에서, 유일한 타당한 렌즈 효과를 받은 은하 후보가 존재할 경우, Ω_Λ < 0.79 (95% 신뢰수준)이다.
• 이 제약은 고적색편이 Ia형 초신성에서 유도된 제약과 일치한다.
• 광도 함수와 광학적 적색편이 추정치의 불확실성에 대해 결과가 강인하다.
• 분석은 깊은 필드 렌즈 통계를 이용한 우주론적 파rameter 제약의 가능성을 입증한다.