[논문 리뷰] A time-delay determination from VLA light curves of the CLASS gravitational lens B1600+434

L. V. E. Koopmans, A. G. de Bruyn외 2명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2000. 01. 31.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 1998년 2월에서 10월까지 8.5-GHz VLA 빛곡선을 사용하여 중력렌즈 B1600+434의 두 이미지 사이의 시간지연 측정값을 47⁺¹²₋₉ 일(95% 신뢰수준)으로 제시한다. 분석은 이미지 A의 단기적 광도 변화가 내재된 소스 변화가 아니라 마이크로렌즈 효과 때문임을 밝혀내었으며, 이는 H₀ = 57⁺¹⁴₋₁₁ km s⁻¹ Mpc⁻¹(등온 모델)의 허블 파라미터 추정치를 가능하게 하였지만, 렌즈 질량 프로파일 기울기의 딜레마로 인해 체계적 오차로 인해 정밀도가 제한된다.

ABSTRACT

We present Very Large Array (VLA) 8.5-GHz light curves of the two lens images of the Cosmic Lens All Sky Survey (CLASS) gravitational lens B1600+434. We find a nearly linear decrease of 18-19% in the flux densities of both lens images over a period of eight months (February-October) in 1998. Additionally, the brightest image A shows modulations up to 11% peak-to-peak on scales of days to weeks over a large part of the observing period. Image B varies significantly less on this time scale. We conclude that most of the short-term variability in image A is not intrinsic source variability, but is most likely caused by microlensing in the lens galaxy. The alternative, scintillation by the ionized Galactic ISM, is shown to be implausible based on its strong opposite frequency dependent behavior compared with results from multi-frequency WSRT monitoring observations (Koopmans & de Bruyn 1999). From these VLA light curves we determine a median time delay between the lens images of 47^{+5}_{-6} d (68%) or 47^{+12}_{-9} d (95%). We use two different methods to derive the time delay; both give the same result within the errors. We estimate an additional systematic error between -8 and +7 d. If the mass distribution of lens galaxy can be described by an isothermal model (Koopmans, de Bruyn & Jackson 1998), this time delay would give a value for the Hubble parameter, H_0=57^{+14}_{-11} (95% statistical) ^{+26}_{-15} (systematic) km/s/Mpc (Omega_m=1 and Omega_Lambda=0). Similarly, the Modified-Hubble-Profile mass model would give H_0=74^{+18}_{-15} (95% statistical) ^{+22}_{-22} (systematic) km/s/Mpc. For Omega_m=0.3 and Omega_Lambda=0.7, these values increase by 5.4%. ... (ABRIDGED)

연구 동기 및 목표

• CLASS 중력렌즈 B1600+434의 두 렌즈 이미지 사이의 시간지연를 라디오 빛곡선을 사용하여 결정하는 것.
• 관측된 단기적 광도 변화의 원인이 내재된 소스 변화인지, 외부 원인(마이크로렌즈 또는 스캐린팅)인지를 구분하는 것.
• 측정된 시간지연와 렌즈 질량 모델을 사용하여 허블 파라미터 H₀를 추정하고, 질량 프로파일 기울기의 딜레마를 고려하는 것.
• 이미지 A에서 관측된 빠른 광도 변화의 원인이 마이크로렌즈인지 간성간 스캐린팅인지의 가능성을 평가하는 것.
• H₀가 독립적으로 알려져 있을 경우, 이 시스템이 렌즈 은하의 어둠침몰의 반경 질량 프로파일을 제약하는 데 어떻게 활용될 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 1998년 2월에서 10월까지 8개월 동안 Very Large Array(VLA)의 A-와 B-배열을 사용하여 B1600+434의 다중 에포크 8.5-GHz 모니터링 캠프를 수행하여 평균 3.3일 간격으로 총 75개의 관측 에포크를 확보하였다.
• 시간지연를 결정하기 위해 두 렌즈 이미지의 빛곡선을 교차상관분석하기 위해 최소 산란 방법(Pelt et al. 1996)과 PRH 방법( Press et al. 1992)을 적용하였다.
• 변동성의 주파수 의존성을 테스트하기 위해 1.4 및 5 GHz에서의 다중주파수 WSRT 데이터를 사용하였으며, 주파수 스케일링 불일치로 인해 이온화된 은하계 ISM 스캐린팅 가설을 배제하였다.
• 시간지연에서 H₀ 값을 유도하기 위해 렌즈 은하 질량 분포를 등온 모델과 수정 허블 프로파일(MHP) 모델로 모델링하였다.
• 질량 모델 기울기와 천체물리적 파rameter의 불확실성 고려하여 시간지연 및 H₀ 추정치의 체계적 오차를 정량화하였다.
• 통계적 오차와 체계적 오차 추정치를 통합하여 시간지연와 H₀에 대한 95% 신뢰구간을 보고하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 8.5-GHz VLA 빛곡선을 기반으로 B1600+434의 두 렌즈 이미지 사이의 시간지연는 얼마인가요?
• RQ2 단기적 광도 변화의 주요 물리적 원인은 무엇인가요? 마이크로렌즈인지 간성간 스캐린팅인지요?
• RQ3 렌즈 은하 질량 프로파일의 반경 기울기 불확실성은 유도된 허블 파라미터에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ4 H₀가 독립적으로 알려져 있을 경우, 시간지연 측정치를 이용하여 렌즈 은하 어둠침몰의 질량 프로파일을 제약할 수 있나요?
• RQ5 두 개의 독립된 시간지연 추정 방법(최소 산란법과 PRH 방법)의 일致성과 정밀도는 어떻게 비교되나요?

주요 결과

• VLA 빛곡선은 두 렌즈 이미지 모두에서 8개월 동안 약 18–19%의 선형적 감소를 보이며, 장기 추세에서의 시간지연는 유의미하지 않다.
• 이미지 A는 일주일에서 수주 단위의 스케일에서 최대 11%의 피크-투-피크 단기 변동성을 보이며, 같은 스케일에서 이미지 B는 최대 6%의 변동성만을 보인다.
• 이미지 A의 단기 변동성은 은하계 렌즈 은하 내의 밀집된 천체에 의한 마이크로렌즈 효과 때문일 가능성이 가장 높으며, 다중주파수 WSRT 데이터로 인해 이온화된 은하계 ISM 스캐린깅 가설은 배제되었다.
• 렌즈 이미지 사이의 시간지연는 95% 신뢰수준에서 47⁺¹²₋₉ 일로 측정되었으며, 두 개의 독립된 방법이 일致하는 결과를 도출하였다.
• 등온 질량 모델을 사용하여 허블 파라미터는 H₀ = 57⁺¹⁴₋₁₁ km s⁻¹ Mpc⁻¹(95% 통계적 오차)로 추정되었으며, 체계적 오차는 ±15에서 +26 km s⁻¹ Mpc⁻¹ 범위였다.
• 수정 허블 프로파일 질량 모델을 사용한 경우, H₀는 74⁺¹⁸₋₁⁵ km s⁻¹ Mpc⁻¹(95% 통계적 오차)로 추정되었으며, 대칭적인 체계적 오차 범위는 ±22 km s⁻¹ Mpc⁻¹였다.