[논문 리뷰] Effects of Strong Gravitational Lensing on mm-wave Galaxy Number Counts

Yashar Hezaveh, G. P. Holder|arXiv (Cornell University)|2010. 10. 05.

Superconducting and THz Device Technology인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 레이트레이싱 시뮬레이션과 두 가지 비렌즈된 소스 카운트 모델을 사용하여 강한 중력 렌즈 효과가 마이크로파 대역의 은하 수세기(counts)에 미치는 영향을 조사한다. 연구 결과, SPT 관측 결과는 예측에 잘 부합되며, 대부분의 검출된 소스는 z > 2에 위치한 강한 렌즈 효과를 받은 은하이며, 증폭 정도는 소스의 밝기와 기초적인 비렌즈된 수세기 모델에 따라 크게 달라진다.

ABSTRACT

We study the effects of strong lensing on the observed number counts of mm sources using a ray tracing simulation and two number count models of unlensed sources. We employ a quantitative treatment of maximum attainable magnification factor depending on the physical size of the sources, also accounting for effects of lens halo ellipticity. We calculate predicted number counts and redshift distributions of mm galaxies including the effects of strong lensing and compare with the recent source count measurements of the South Pole Telescope (SPT). The predictions have large uncertainties, especially the details of the mass distribution in lens galaxies and the finite extent of sources, but the SPT observations are in good agreement with predictions. The sources detected by SPT are predicted to largely consist of strongly lensed galaxies at z>2. The typical magnifications of these sources strongly depends on both the assumed unlensed source counts and the flux of the observed sources.

연구 동기 및 목표

• mm파장에서의 하위밀리미터 은하 관측 수세기의 강한 중력 렌즈 효과가 미치는 영향을 정량화하는 것.
• 소스 크기 제한과 렌즈 홀로의 타원도를 통합하여 렌즈 증폭 모델을 개선하는 것.
• 최근 남극 탐사망원경(South Pole Telescope, SPT) 관측과 비교하여 시뮬레이션된 렌즈 효과가 있는 수세기 및 적색편이 분포를 분석하는 것.
• 렌즈 효과를 고려할 때 현재의 비렌즈된 소스 수세기 모델의 신뢰성 평가.
• SPT가 검출한 강한 렌즈 효과를 받은 mm파 소스의 일반적인 증폭도 및 적색편이 분포를 규명하는 것.

제안 방법

• 실제 질량 분포를 포함한 렌즈 구조를 통해 빛의 전파를 모의하기 위해 레이트레이싱 시뮬레이션을 수행하는 것.
• 소스 크기와 렌즈 기하학에 기반한 물리적으로 타당한 최대 증폭 인자 도입.
• 실제 렌즈 환경을 더 잘 반영하기 위해 렌즈 홀로의 타원도를 고려하는 것.
• 예측의 모델 의존성 평가를 위해 두 가지 다른 비렌즈된 소스 수세기 모델을 사용하는 것.
• 렌즈 효과를 포함한 관측 수세기 및 적색편이 분포를 예측하고, SPT 데이터와 비교하는 것.
• 질량 분포 가정과 유한한 소스 크기로 인한 불확실성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 렌즈 효과는 비렌즈된 예측과 비교해 mm파 은하의 관측 수세기에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 소스 크기와 렌즈 홀로의 타원도는 렌즈 시스템에서 도달 가능한 최대 증폭에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 관측된 SPT 하위밀리미터 소스 수세기는 렌즈 보정된 소스 수세기 모델의 예측과 일치하는가?
• RQ4 SPT가 검출한 강한 렌즈 효과를 받은 mm파 은하의 일반적인 적색편이 분포는 무엇인가?
• RQ5 SPT 소스의 예측 증폭도는 가정된 비렌즈된 소스 수세기 모델과 관측된 밝기 수준에 따라 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• 질량 분포와 소스 크기 영향에 대한 큰 불확실성에도 불구하고, SPT 관측 결과는 렌즈 보정된 예측과 양호한 일치를 보인다.
• SPT 설문 조사에서 검출된 소스는 예측상 대부분 z > 2에서 위치한 강한 렌즈 효과를 받은 은하이다.
• SPT에서 검출된 소스의 일반적인 증폭도는 가정된 비렌즈된 소스 수세기 모델과 관측된 소스의 밝기에 따라 강하게 의존한다.
• 유한한 소스 크기와 렌즈 홀로의 타원도는 최대 도달 가능한 증폭에 상당한 영향을 미치며, 이는 렌즈 모델에 포함되어야 한다.
• 렌즈 효과를 받는 은하의 질량 분포와 소스의 물리적 크기의 불확실성은 예측의 주요 불확실성 원천이다.
• 이 연구는 특히 고적색편이 및 밝은 소스의 경우, mm파 소스 수세기를 해석할 때 강한 렌즈 효과를 고려해야 한다는 것을 입증한다.