[논문 리뷰] Multi wavelength study of the gravitational lens system RXS J1131-1231: II Lens model and source reconstruction

Jean-François Claeskens, Dominique Sluse외 2명|ArXiv.org|2006. 02. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 84인용 수 36

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주望遠鏡의 ACS 및 NICMOS 데이터를 사용하여 RXS J1131-1231 중력 렌즈 시스템의 고해상도 렌즈 모델링과 원천 재구성을 수행한다. 천체의 위치와 밝기 비율을 가장 잘 맞추기 위해 단일 등온 타원체에 외부 비틀림과 함께 $m=4$ 팔등각성 성분을 추가한 모델이 유일하게 적합하며, 이는 매우 강한 확대(확대율 M ~ 9)된 빛나는 사이라이드 1형 나선은하 주계를 드러내며, 이는 극도로 활발한 항성 형성의 징후로 보이는 국소적 UV 방출을 나타낸다. 그러나 확장된 렌즈된 구조물은 렌즈 모델에 대해 제한적인 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

High angular resolution images of the complex gravitational lens system RXS J1131-1231 (a quadruply imaged AGN with a bright Einstein ring) obtained with the Advanced Camera for Surveys and NICMOS instruments onboard the Hubble Space Telescope are analysed to determine the lens model and to reconstruct the host galaxy. Results: 1- Precise astrometry and photometry of the four QSO lensed images (A-D) and of the lensing galaxy (G) are obtained. They are found in agreement with an independent study presented in a companion paper. The position and colours of the X object seen in projection close to the lens are found to be only compatible with a satellite galaxy associated with the lens. 2- The Singular Isothermal Ellipsoid plus external shear provides a good fit of the astrometry of images A-D. The positions of extended substructures are also well reproduced. However an octupole (m=4) must be added to the lens potential in order to reproduce the observed lens position, as well as the IB/IC point-like image flux ratio. The ellipticity and orientation of the mass quadrupole are found similar to those of the light distribution, fitted by a Sersic profile. The lens (z=0.295) is found to be a massive elliptical in a rich environment and showing possible evolution with respect to z=0. 3- The host galaxy (z=0.658) is found to be a substantially magnified (M ~ 9) luminous Seyfert 1 spiral galaxy. The angular resolution is sufficient to see regions where stars are intensively forming. Interaction with a closeby companion is also observed. 4- Finally, in the case of RXS J1131-1231, extended lensed structures do not help much in constraining the lens model.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 HST 영상 자료를 활용하여 복잡한 중력 렌즈 시스템 RXS J1131-1231에 대한 정밀한 렌즈 모델을 개발하기 위해.
• 비모수적 역사람 추적 기법을 통해 원천 평면에서 렌즈된 QSO 주계의 형태를 재구성하기 위해.
• 확장된 렌즈된 구조물이 렌즈 잠재력에 대한 제약 조건을 향상시키고 렌즈 모델의 오해를 해소하는 데 기여하는지 조사하기 위해.
• 외부 비틀림과 인근의 보조 은하 등 환경적 영향이 렌즈 구성에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 렌즈된 주계의 물리적 성질, 즉 빛의 세기, 형태, 항성 형성 활동 등을 규명하기 위해.

제안 방법

• HST의 고해상도 우주망원경(ACS) 및 NICMOS 장치에서 확보한 F555W, F814W, F160W 대역의 고각해상도 영상 자료를 사용하였다.
• QSO 주계의 원천 평면에서의 빛 분포를 복원하기 위해 비모수적 렌즈 재구성 기법을 활용한 역사람 추적을 적용하였다.
• 네 개의 점원형 이미지(A–D), 렌즈 은하(G), 그리고 에인슈타인 링 내의 확장된 부구조를 기반으로 상대적 천체 위치를 이용해 렌즈 모델을 제약 조건에 둔다.
• 기본 모델로 단일 등온 타원체에 외부 비틀림을 적용한 후, 관측된 천체 위치의 오차와 비정상적인 밝기 비율을 설명하기 위해 고차원 $m=4$ 팔등각성 성분을 추가하여 모델을 개선하였다.
• 모든 구성 요소, 특히 X-오브젝트에 대해 광학적 및 천체측위 측정을 수행하여 그 성격과 렌즈 모델에 미치는 영향을 평가하였다.
• 렌즈 은하의 질량-빛 비율과 구조적 파rameter를 기본 평면과 지역 타원 은하와 비교하여 진화 경향성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 에인슈타인 링 내의 확장된 렌즈된 구조물이 렌즈 잠재력에 대해 상당한 제약 조건을 제공하고 렌즈 모델의 다중해를 해소하는 데 기여할 수 있는가?
• RQ2 렌즈된 활성 은하핵의 비정상적인 밝기 비율 $I_{\rm B}/I_{\rm C}$의 물리적 기원은 무엇이며, 이는 마크로 모델의 부구조에 의해 설명될 수 있는가, 아니면 마이크로 렌즈 효과가 아닌가?
• RQ3 원천 평면에서 재구성된 고적색도 QSO 주계의 진정된 형태와 내재된 빛의 세기는 무엇인가?
• RQ4 렌즈 근처에 투영된 X-오브젝트는 물리적 보조 은하인지, 아니면 허위 특징인지이며, 이는 렌즈 모델에 영향을 미치는가?
• RQ5 렌즈 은하의 구조적 및 광학적 성질이 지역 타원 은하와의 진화적 관계를 어느 정도 반영하는가?

주요 결과

• 관측된 위치와 예측된 위치 사이의 0.04" 오차(14σ 유의수준)를 해결하기 위해 렌즈 모델에 $m=4$ 팔등각성 성분이 필요하며, 이는 同시에 비정상적인 $I_{\rm B}/I_{\rm C}$ 밝기 비율을 설명한다.
• 주계는 밝은 사이라이드 1형 나선은하로 재구성되며, 확대율 약 $M \sim 9$이며, 극도로 활발한 항성 형성의 징후로 보이는 국소적 UV 방출을 보인다.
• X-오브젝트는 렌즈 은하의 가능성이 높은 보조 은하로 확인되었지만, 렌즈 모델에 거의 영향을 주지 않으며, 다섯 번째 렌즈된 이미지나 주계의 부구조가 아니다.
• 적색편이 $z=0.295$인 렌즈 은하는 풍부한 환경에 위치한 거대한 타원 은하이며, 복귀 기준 색상과 질량-빛 비율이 지역 타원 은하와 일치하여 약한 진화 경향성을 시사한다.
• 고각해상도에도 불구하고, 아치 및 아치릿 등 확장된 렌즈된 구조물은 렌즈 모델에 추가적인 제약 조건을 제공하지 못하며, 정밀한 천체측위 데이터의 필요성을 강조한다.
• F814W 대역의 잔차는 과거의 상호작용이나 부구조 효과를 시사하지만, 먼지가 검출되지 않으며, 이 문제는 체계적 오차나 환경적 영향과 관련이 있을 수 있다.