[논문 리뷰] Gaia GraL II - Gaia DR2 Gravitational Lens Systems: The Known Multiply Imaged Quasars

C. Ducourant, O. Wertz외 13명|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|2018. 05. 18.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 23인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 가이아 DR2 목록에서 알려진 200개의 다중 이미지 퀘이사들을 식별하고 분석하며, 478개의 알려진 시스템 중 200개에서 적어도 하나의 이미지를 검출했고, 12개의 4중 이미지 퀘이사 시스템은 완전히 검출되었다. 가이아의 밀리아크세컨드 이하의 천체측위 측정을 통해, 특히 원천과 렌즈 물체 간 상대 위치에 대한 렌즈 모델 파라미터 제약 조건이 향상되었고, 허블 우주망원경(HST) 데이터에 비해 파라미터 상관관계가 감소하여, 강한 중력 렌즈 연구에서 가이아의 변혁적 잠재력을 입증하였다.

ABSTRACT

Thanks to its spatial resolution the ESA/Gaia space mission offers a unique opportunity to discover new multiply-imaged quasars and to study the already known lensed systems at sub-milliarcsecond astrometric precisions. In this paper, we address the detection of the known multiply-imaged quasars from the Gaia Data Release 2 and determine the astrometric and photometric properties of the individually detected images found in the Gaia DR2 catalogue. We have compiled an exhaustive list of quasar gravitational lenses from the literature to search for counterparts in the Gaia Data Release 2. We then analyze the astrometric and photometric properties of these Gaia's detections. To highlight the tremendous potential of Gaia at the sub-milliarcsecond level we finally perform a simple Bayesian modeling of the well-known gravitational lens system HE0435-1223, using Gaia Data Release 2 and HST astrometry. From 478 known multiply imaged quasars, 200 have at least one image found in the Gaia Data Release 2. Among the 41 known quadruply-imaged quasars of the list, 26 have at least one image in the Gaia Data Release 2, 12 of which are fully detected, 6 have three counterparts, 7 have two and 1 has only one. As expected, the modeling of HE0435-1223 shows that the model parameters are significantly better constrained when using Gaia astrometry compared to HST astrometry, in particular the relative positions of the background quasar source and the centroid of the deflector. The Gaia sub-milliarcsecond astrometry also significantly reduces the parameter correlations. Besides providing an up-to-date list of multiply imaged quasars and their detection in the Gaia DR2, this paper shows that more complex modeling scenarios will certainly benefit from Gaia sub-milliarcsecond astrometry.

연구 동기 및 목표

• 문헌에서 알려진 다중 이미지 퀘이사의 포괄적인 목록을 작성하고, 가이아 DR2에서의 검출 가능성을 평가하기 위해.
• 기타 렌즈 퀘이사에 대해 가이아 DR2에서 개별적으로 검출된 이미지의 천체측위 및 형광 특성을 규명하기 위해.
• 허블 우주망원경(HST) 데이터에 비해 가이아의 밀리아크세컨드 이하 천체측위 측정이 강한 중력 렌즈 모델링의 제약 조건을 얼마나 향상시키는지 평가하기 위해.
• 미래 가이아 데이터 릴리스가 강한 중력 렌즈 연구를 어떻게 발전시킬 수 있는지 보여주기 위해.
• 가이아 DR2 검출 상태 및 천체측위/형광 데이터를 포함한, 공개 가능한 최신 렌즈 퀘이사 목록을 제공하기 위해.

제안 방법

• 문헌에서 알려진 478개의 다중 이미지 퀘이사 또는 후보 퀘이사 목록을 체계적으로 수집하였다.
• 이 목록을 가이아 DR2 천체측위 목록과 교차 매칭하여 대응하는 천체를 식별하였다.
• 가이아 DR2에서 검출된 모든 이미지의 천체측위 및 형광 특성을 분석하였다.
• 가이아 DR2와 HST 천체측위 데이터를 모두 사용하여 잘 알려진 렌즈 시스템 HE0435-1223에 대한 베이지안 모델링을 수행하였다.
• 가이아 DR2와 HST 데이터 간의 모델 파라미터 제약 조건과 상관관계를 비교하여 향상 정도를 정량화하였다.
• NSIEg 렌즈 모델을 활용하여 원천 위치 및 렌즈 중심의 정밀도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 문헌에서 알려진 다중 이미지 퀘이사 중 가이아 DR2에서 얼마나 많은 수가 검출되었는가?
• RQ2 기타 렌즈 퀘이사에 대해 가이아 DR2에서 검출된 이미지의 천체측위 및 형광 품질은 어떠한가?
• RQ3 가이아 DR2의 밀리아크세컨드 이하 천체측위 측정이 HST 천체측위 측정에 비해 렌즈 모델 파라미터 제약 조건을 얼마나 향상시키는가?
• RQ4 가이아 DR2 데이터를 HST 데이터 대비 사용할 경우, 렌즈 모델의 파라미터 상관관계는 어떻게 변화하는가?
• RQ5 기타 알려진 4중 이미지 퀘이사 중 가이아 DR2에서 완전히 검출된 비율은 얼마이며, 향후 가이아 데이터 릴리스에서 기대되는 향상 정도는 어떠한가?

주요 결과

• 478개의 알려진 또는 후보 다중 이미지 퀘이사 중 200개는 가이아 DR2에서 적어도 하나의 이미지가 검출되었다.
• 41개의 알려진 4중 이미지 퀘이사 중 26개는 가이아 DR2에서 적어도 하나의 이미지를 검출하였고, 그 중 12개는 완전히 검출되었다(모든 네 개의 이미지가 존재함).
• HE0435-1223 렌즈 시스템에 대한 베이지안 모델링 결과, 가이아 DR2 천체측위 측정이 퀘이사 원천과 렌즈 중심 간 상대 위치에 대한 제약 조건을 크게 향상시켰다.
• 가이아 DR2 천체측위 측정은 HST 천체측위 측정에 비해 렌즈 모델의 파라미터 상관관계를 감소시켜 더 견고하고 정밀한 해를 도출하였다.
• 이 연구는 가이아 DR2가 일반적으로 HST 관측에 비해 렌즈 퀘이사의 천체측위 정밀도를 거의 한 계단 높이는 데 기여함을 입증하였다.
• 결과는 향후 가이아 데이터 릴리스(DR3 및 DR4)가 공간 해상도와 데이터 품질 향상으로 인해 렌즈 퀘이사의 검출 및 특성 분석을 더욱 향상시킬 것임을 시사한다.