[論文レビュー] A highly magnified gravitationally lensed red quasar at z = 2.5 with significant flux anomaly: Uncovering a missing population

E. Glikman, C. E. Rusu+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 11

ひとこと要約

本研究は赤方偏移 z = 2.517 の高輝度に歪められた赤クェーサーを、赤外線および WISE の色選別によって同定し、最も明るい像において予測より約7–11倍明るい顕著なフラックス異常を明らかにした。クェーサーの固有の明るさは控えめである（log L_{6μm} ≈ 32.4–32.8）、そしてそのほこりによる赤化（E(B−V) = 0.7）はレンズのものではなく、クェーサー自身に由来するものであり、合体駆動型進化モデルにおいて、通常の、中程度の明るさでほこりに遮蔽されたクェーサーの欠落した集団を明らかにした。

ABSTRACT

We present the discovery of a gravitationally lensed dust-reddened QSO at $z=2.517$ discovered in a survey for red QSOs by infrared selection. $Hubble~Space~Telescope$ imaging in the WFC3/IR F160W and F125W filters reveals a quadruply lensed system in a cusp configuration. We find that compared to the central image of the cusp, the nearby, brightest image is anomalous by a factor of $\\sim7-11$. Although the source is extremely bright in the mid-infrared, a magnification by a factor of $\\sim50-120$ places an upper limit of 1.35 mJy on the intrinsic mid-infrared brightness, well below the $WISE~W4$ detection limit of 6 mJy. We find that this QSO is moderately reddened, with $E(B-V)=0.7$ and that $\\sim1\\%$ of the intrinsic spectrum is leaked back into the line of sight resulting in an upturn in its UV spectrum. We conclude that the QSO's reddening is intrinsic and not due to the lens. Consistent with previous red quasar samples, this source exhibits outflows in its spectrum as well as morphological properties suggestive of it being in a merger-driven transitional phase. Depending on how $L_{\ m bol}$ is computed, the quasar's accretion rate may be as high as $0.26~L_{\ m Edd}$. We detect two Lyman limit systems, at $z=2.102$ and $z=2.431$, with absorption by metal lines likely at small impact parameter to the QSO, and a putative lens redshift of $z=0.599$. Given the rarity of quad lenses, the discovery of this source allows detailed study of a less luminous, more typical infrared-selected quasar at high redshift.

研究の動機と目的

• 赤外線および WISE の色選別を用いて、高赤方偏移 (z ≈ 2.5) の希少で高輝度に歪められた重力レンズ効果を受ける赤クェーサーを同定・特徴づけること。
• レンズ像における観測されたフラックス異常が、微小レンズ効果やサブ構造によるものであるか、それとも固有の変動によるものであるかを特定すること。
• 分光的および光度測定分析を用いて、ほこりによる赤化がクェーサー自身に由来するものか、レンズ銀河に由来するものかを評価すること。
• クェーサーの固有の明るさ、ブラックホール質量、Eddington比を推定し、SMBH–宿主銀河明るさ関係に位置づけること。
• 光学的および電波的調査において不足している、通常の、中程度の明るさでほこりに遮蔽されたクェーサーの欠落した集団を明らかにすること。

提案手法

• Hubble Space Telescope の WFC3/IR イメージングを F160W および F125W フィルターで用い、カスプ配置の四重に歪められたシステムを解像した。
• 強い重力レンズ効果モデリングを用いて、増幅率（53–122）を推定し、元の源の性質を再構築した。
• 光学および近赤外分光測定（Keck/LRIS、IRTF/SpeX、LBT/MODS1B）を実施し、赤方偏移、ほこりによる減光（E(B−V)）、および流れ出しや吸収線の検出を測定した。
• WISE の W4 バンド（22 μm）および HST の F160W 光度測定を用いて、固有の中赤外明るさを推定し、全波長明るさおよび Eddington 比を推定した。
• z = 2.102 および z = 2.431 の Lyman 切断系を分析し、小スケールの影響パラメータにおける銀河間物質および金属吸収を調査した。
• 宿主銀河の拡張した光分布および残存するレンズ効果をモデル化し、質量モデルを精緻化し、微小レンズ効果の影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 レンズクェーサーの最も明るい像における観測されたフラックス異常は、レンズ系内の微小レンズ効果またはサブ構造に起因するものか、それとも固有の変動に起因するものか？
• RQ2 クェーサーのほこりによる赤化は、その宿主銀河に由来するものか、レンズ銀河に由来するものか？
• RQ3 この高赤方偏移クェーサーの固有の明るさおよび Eddington 比は何か？ そして、より明るい赤クェーサーのサンプルと比較するとどうなるか？
• RQ4 この系が、合体駆動型進化モデルにおける通常の、中程度の明るさでほこりに遮蔽されたクェーサーの欠落した集団を明らかにする役割を果たすか？
• RQ5 宿主銀河の形態および星形成活動は、クェーサーが合体駆動型の遷移的段階であると分類される根拠としてどのように支持されるか？

主な発見

• クェーサーは重力レンズ効果によりカスプ配置に歪められ、標準レンズモデルによる予測より約7–11倍明るい顕著な異常像を示している。
• 固有の中赤外明るさは log L_{6μm} ≈ 32.4–32.8 erg s⁻¹ Hz⁻¹ と推定され、クェーサー明るさ関数のへこみ付近に位置し、極端ではなく通常の明るさであることを示している。
• ほこりによる赤化はクェーサー自身に由来し、E(B−V) = 0.7 であり、固有スペクトルのわずか1%が視線方向に戻って漏れ出し、UV上昇を引き起こしている。
• ブラックホール質量は、明るさの補正に応じて log(M_BH/M☉) = 7.54–8.02 と推定され、22 μm フラックスから全波長明るさを導出すると、Eddington 比は最大で 0.26 に達する。
• 分光的証拠により、流れ出しや金属吸収線が確認され、合体駆動型の遷移的段階と整合的である。また、宿主銀河には星形成の増強および合体の形態的兆候が見られる。
• レンズモデルにより、仮のレンズ赤方偏移 z = 0.599 が得られ、z = 2.102 および z = 2.431 に金属線吸収を伴う Lyman 切断系が検出された。