[논문 리뷰] Microlensing of multiply-imaged compact radio sources: Evidence for compact halo objects in the disk galaxy of B1600+434

L. V. E. Koopmans, A. G. de Bruyn|arXiv (Cornell University)|2000. 04. 07.

Radio Astronomy Observations and Technology인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 VLA와 WSRT를 이용한 8.5, 5, 및 1.4 GHz 관측을 통해 중력 렌즈 시스템 B1600+434에서 처음으로 명확한 라디오 마이크로렌즈 효과를 검출한다. 렌즈된 이미지 A와 B에서 관측된 단기 변동성은 8.5 GHz에서 조절 지수 2.8% 및 1.6%로 특징지어지며, 은하수 간성 스크린티레이션으로는 설명될 수 없고, 오히려 렌즈 은하의 할로우에 있는 질량이 큰 밀집 천체에 의한 마이크로렌즈 효과를 시사하며, 이들 어둠의 물질 후보의 평균 질량에 대해 약 0.5 M⊙ 이상의 하한선을 제시한다.

ABSTRACT

We present the first unambiguous case of external variability of a radio gravitational lens, CLASS B1600+434. The VLA 8.5-GHz difference light curve of the lensed images, taking the proper time-delay into account, shows the presence of external variability with 14.6-sigma confidence. We investigate two plausible causes of this external variability: scattering by the ionized component of the Galactic interstellar medium and microlensing by massive compact objects in the bulge/disk and halo of the lens galaxy. Based on the tight relation between the modulation-index and variability time scale and the quantitative difference between the light curves of both lensed images, we conclude that the observed short-term variability characteristics of the lensed images are incompatible with scintillation in our Galaxy. This conclusion is strongly supported by multi-frequency WSRT observations at 1.4 and 5 GHz, which are in strong disagreement with predictions based on the scintillation hypothesis. ... On the other hand, a single superluminal jet-component, having an apparent velocity 9<=(v_app/c)<=26, a radius of 2-5 micro-arcsec and containing 5-11% of the observed 8.5-GHz source flux density, can reproduce the observed modulation-indices and variability time scale at 8.5 GHz, when it is microlensed by compact objects in the lens galaxy. It also reproduces the frequency-dependence of the modulation-indices, determined from the independent WSRT 1.4 and 5-GHz observations. ... The only conclusion fully consistent with the data gathered thus far is that we have indeed detected radio microlensing. The far reaching consequence of this statement is that a significant fraction of the mass in the dark-matter halo at ~6 kpc (h=0.65) above the lens-galaxy disk in B1600+434 consists of massive compact objects. [abridged]

연구 동기 및 목표

• 다중 이미지로 관측된 활성 은하핵에서 단기 라디오 변동성의 원인으로서 은하수 간성 스크린티레이션과 마이크로렌즈 효과를 구별하는 것.
• 관측된 변동성이 은하수 이온화된 ISM 내 산란에 의해 설명될 수 있는지 테스트하는 것.
• 렌즈 은하의 부두, 디스크, 할로우에 있는 밀집 천체에 의한 마이크로렌즈 효과가 관측된 변동성 특성에 기여하는지 확인하는 것.
• 다중 주파수 빛의 곡선을 이용해 렌즈 은하의 어둠의 물질 할로우 내 밀집 천체의 질량 함수를 제약하는 것.
• 산란에 의한 넓이 증가가 이미지 B에 미치는 영향과 마이크로렌즈 해석에 끼치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 시간 지연와 밝기 비율을 보정하여 외부 변동성 간의 상관관계가 없는 것을 분리하기 위해 VLA 8.5-GHz 관측에서 이미지 A와 B의 차이 빛의 곡선을 구성하였다.
• 표준 스크린티레이션 모델(Rickett 1977, 1990; TC93)을 적용하여 주파수 의존성 조절 지수를 예측하고, 1.4 및 5 GHz에서 관측된 값과 비교하였다.
• 초광속 제트 성분(크기 2–5 μas, 밝기 비율 5–11%, 상대속도 9–26c)을 포함한 마이크로렌즈 시뮬레이션을 사용하여 관측된 조절 지수와 변동성 시간 상수를 재현하였다.
• 산란에 의한 넓이 증가가 이미지 B의 조절 지수에 끼치는 영향과 질량 함수 제약에 대한 영향을 평가하였다.
• 다양한 밀집 천체 질량 함수 하에서 마이크로렌즈 모델 예측과 관측된 조절 지수(8.5 GHz에서 A는 2.8%, B는 1.6%)를 비교하였다.
• VLA, WSRT 및 향후 VLBI 데이터를 융합하여 소스의 구조와 밀집 천체 질량 함수에 대한 제약을 강화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B1600+434의 렌즈된 이미지에서 관측된 단기 변동성은 은하수 이온화된 간성간 매질 내 산란에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 조절 지수의 주파수 의존성(1.4 GHz에서 1.2%, 5 GHz에서 3.7%)은 스크린티레이션 이론과 일치하는가?
• RQ3 8.5 GHz에서 이미지 A와 B 간의 조절 지수 차이(2.8% 대 1.6%)는 렌즈 은하의 할로우와 디스크에 있는 질량이 다른 밀집 천체에 의한 마이크로렌즈 효과를 지지하는가?
• RQ4 마이크로렌즈 시뮬레이션을 통해 렌즈 은하의 할로우 내 밀집 천체의 질량에 대해 어떤 제약을 둘 수 있는가?
• RQ5 렌즈 은하의 이온화된 ISM에 의한 이미지 B의 산란에 의한 넓이 증가가 관측된 변동성의 해석을 변화시킬 수 있는가?

주요 결과

• VLA 8.5-GHz 차이 빛의 곡선에서 관측된 14.6–σ 외부 변동성은 내재된 소스 변동성을 배제하고 상관관계 없는 외부 변동성을 확인한다.
• 5 GHz에서 관측된 조절 지수(3.7%)는 1.4-GHz 조절 지수 1.2%를 기반으로 한 스크린티레이션 이론에 의해 예측된 9.0%보다 유의미하게 낮아 스크린티레이션 가정을 반박한다.
• 조절 지수의 주파수 의존성(1.4 GHz에서 1.2%, 5 GHz에서 3.7%)은 스크린티레이션과 불일치하지만, 마이크로렌즈 시뮬레이션과 일치한다.
• 단일 초광속 제트 성분(크기 2–5 μas, 밝기 비율 5–11%, β_app = 9–26c)이 8.5 GHz에서 관측된 조절 지수와 변동성 시간 상수를 재현한다.
• 8.5 GHz에서 이미지 A의 조절 지수(2.8%)가 이미지 B(1.6%)보다 높다는 것은 A의 시선 방향에 더 높은 평균 밀집 천체 질량이 존재함을 시사하며, 할로우의 밀집 천체에 대해 최소한 ≥0.5 M⊙의 추정 하한선을 제공한다.
• 관측 데이터를 유일하게 완전히 일치시키는 해석은 라디오 마이크로렌즈이며, 이는 약 6 kpc 렌즈 은하 디스크 위에 위치한 어둠의 물질 할로우가 질량이 큰 밀집 천체로 구성되어 있음을 시사한다.