[논문 리뷰] Gravitationally lensed quasars in Gaia -- IV. 150 new lenses, quasar pairs, and projected quasars

C. Lemon, T. Anguita외 9명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 15.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 Gaia DR2, WISE 및 지상 기반 영상 자료를 이용하여 150개의 새로운 중력 렌즈 효과를 받은 활성은하핵, 활성은하핵 쌍, 그리고 투영된 활성은하핵에 대해 스펙트로스코픽으로 확인하였다. 연구에서는 86개의 확인된 렌즈 효과를 받은 활성은하핵, 10 kpc 이내 간격을 가진 11개의 투영된 활성은하핵 쌍을 특정하였으며, 고적색편이, 소규모 간격을 가진 렌즈 효과를 받은 활성은하핵의 부족 현상은 깊은 영상이 필요한 분류되지 않은 시스템들에 의해 부분적으로 설명됨을 밝혔다.

ABSTRACT

We report the spectroscopic follow-up of 175 lensed quasar candidates selected using Gaia Data Release 2 observations following Lemon et al. 2019. Systems include 86 confirmed lensed quasars and a further 17 likely lensed quasars based on imaging and/or similar spectra. We also confirm 11 projected quasar pairs and 11 physical quasar pairs, while 25 systems are left as unclassified quasar pairs -- pairs of quasars at the same redshift, which could be either distinct quasars or potential lensed quasars. Especially interesting objects include 8 quadruply imaged quasars of which two have BAL sources, an apparent triple, and a doubly lensed LoBaL quasar. The source redshifts and image separations of these new lenses range between 0.65 - 3.59 and 0.78 - 6.23 arcseconds respectively. We compare the known population of lensed quasars to an updated mock catalogue at image separations between 1 and 4 arcseconds, showing a very good match at z<1.5. At z>1.5, only 47% of the predicted number are known, with 56% of these missing lenses at image separations below 1.5 arcseconds. The missing higher-redshift, small-separation systems will have fainter lensing galaxies, and are partially explained by the unclassified quasar pairs and likely lenses presented in this work, which require deeper imaging. Of the 11 new reported projected quasar pairs, 5 have impact parameters below 10 kpc, almost tripling the number of such systems, which can probe the innermost regions of quasar host galaxies through absorption studies. We also report four new lensed galaxies discovered through our searches, with source redshifts ranging from 0.62 to 2.79.

연구 동기 및 목표

• 기존 샘플에서 고적색편이, 소규모 간격을 가진 렌즈 효과를 받은 활성은하핵의 부족 현상을 해결하기 위해.
• 렌즈 효과를 받은 활성은하핵과 활성은하핵 쌍을 포함한 희귀 시스템을 식별하고 분류함으로써 렌즈 효과를 받은 활성은하핵 목록의 완전성을 향상시키기 위해.
• 렌즈 효과를 받은 활성은하핵과 활성은하핵 쌍의 민족학적 특성을 규명하여 천체론적 및 천체물리학적 연구에 기여하기 위해.
• Gaia 기반 선택 기법이 밀도가 높은 항성과 은하 등 거짓 양성 결과를 줄이는 데 얼마나 효율적인지 평가하기 위해.
• 고적색편이 렌즈 효과를 받는 활성은하핵의 부족 현상을 설명할 수 있는 약한 렌즈 효과를 받는 은하를 가진 잠재적 렌즈 시스템을 특정하기 위해.

제안 방법

• Gaia DR2 천체 운동학 데이터를 이용해 렌즈 효과를 받는 활성은하핵 후보를 선별하고, WISE 및 지상 기반 옵티컬 영상 자료를 결합하여 오염 물질를 제거함.
• 다중 파장 색상 선택 및 형태 분석을 적용하여 렌즈 효과를 받은 활성은하핵을 우연의 일치와 밀도가 높은 항성-은하 형성 은하에서 구분함.
• 175개 후보에 대해 스펙트로스코픽 후속 관측을 수행하여 적색편이를 확인하고, 다중 영상 식별 및 시스템을 렌즈 효과를 받은 활성은하핵, 활성은하핵 쌍, 또는 분류되지 않은 것으로 분류함.
• 이미지 간격과 적색편이 분포를 사용하여 관측된 렌즈 효과를 받은 활성은하핵 집단을 모의 목록과 비교하여 완전성 평가함.
• 깊은 영상에서 확산된 발광을 다중 성분 피팅을 통해 렌즈 효과를 받는 은하를 특정하고, z = 0.62–2.79 범위에서 소스 적색편이를 확인함.
• 적색편이, 형태, 스펙트럼 유사성 기반으로 시스템을 렌즈 효과를 받은 활성은하핵, 물리적 활성은하핵 쌍, 투영된 활성은하핵 쌍, 분류되지 않은 쌍으로 분류함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gaia로 선별된 활성은하핵 후보 중 실제로 렌즈 효과를 받는 활성은하핵은 어느 정도이며, 모의 목록 예측과 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ2 고적색편이, 소규모 간격을 가진 렌즈 효과를 받는 활성은하핵 중 아직 탐지되지 않은 것은 얼마나 되며, 이 중 얼마나 많은 비율이 분류되지 않은 활성은하핵 쌍에 의해 설명되는가?
• RQ3 최근 발견된 렌즈 효과를 받는 활성은하핵의 이미지 간격과 소스 적색편이 분포는 어떻게 되는가?
• RQ4 특히 10 kpc 이내 간격을 가진 투영된 활성은하핵 쌍의 성질은 활성은하핵 환경의 주변 구조를 어떻게 제약하는가?
• RQ5 z > 1.5 및 θ < 1.5" 조건에서 부족한 렌즈 효과를 받는 활성은하핵 집단에 대해 약한 렌즈 효과를 받는 은하가 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 86개의 렌즈 효과를 받는 활성은하핵이 스펙트로스코픽으로 확인되었으며, 소스 적색편이는 0.65에서 3.59 사이, 이미지 간격은 0.78"에서 6.23" 사이였다.
• 이미지 및 스펙트럼 유사성 기반으로 추가 17개의 시스템이 렌즈 효과를 받는 활성은하핵으로 간주되었으며, 이는 고신뢰도 렌즈 시스템 총 수를 증가시켰다.
• 11개의 투영된 활성은하핵 쌍이 확인되었으며, 그 중 5개는 영향력 파라미터가 10 kpc 이내였으며, 이는 주로 은하핵 흡수 연구에 사용 가능한 시스템 수를 거의 3배로 증가시켰다.
• 8개의 4중 영상 활성은하핵이 식별되었으며, 이 중 2개는 BAL 특징을 보였고, 1개는 삼중 렌즈 시스템으로 보였으며, 이는 시간 지연 천체론적 거리 측정 가능성을 높였다.
• z > 1.5에서 예측된 렌즈 효과를 받는 활성은하핵의 47%만 알려져 있었으며, missing 시스템의 56%는 1.5" 이하의 이미지 간격을 가졌고, 이는 약한 렌즈 효과를 받는 은하가 핵심 요인임을 시사했다.
• 소스 적색편이 0.62에서 2.79 사이의 새로운 4개의 렌즈 효과를 받는 은하가 발견되었으며, 이는 은하 진화 연구를 위한 렌즈 효과를 받는 별 형성 은하의 샘플을 확장시켰다.