[論文レビュー] COSMOGRAIL: the COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses IX. Time delays, lens dynamics and baryonic fraction in HE 0435-1223

F. Courbin, V. Chantry+14 more|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 46被引用数 63

ひとこと要約

本研究では、COSMOGRAIL監視キャンペーンによる7年間のRバンド光度測定から、四重に歪んだクェザーHE 0435-1223における正確な時間遅れを提示する。ハッブル宇宙望遠鏡（HST）NICMOS画像による高精度の位置決め測定、星族モデル、および速度分散測定を組み合わせることで、バリオン質量分率とレンズ質量プロファイルを制約し、今後のデータの深さと分光分解能の向上により、信頼性の高いハッブル定数の推定が可能になる。

ABSTRACT

We present accurate time delays for the quadruply imaged quasar HE 0435-1223. The delays were measured from 575 independent photometric points obtained in the R-band between January 2004 and March 2010. With seven years of data, we clearly show that quasar image A is affected by strong microlensing variations and that the time delays are best expressed relative to quasar image B. We measured Delta_t(BC) = 7.8+/-0.8 days, Delta_t(BD) = -6.5+/-0.7 days and Delta_t_CD = -14.3+/-0.8 days. We spacially deconvolved HST NICMOS2 F160W images to derive accurate astrometry of the quasar images and to infer the light profile of the lensing galaxy. We combined these images with a stellar population fitting of a deep VLT spectrum of the lensing galaxy to estimate the baryonic fraction, $f_b$, in the Einstein radius. We measured f_b = 0.65+0.13-0.10 if the lensing galaxy has a Salpeter IMF and f_b = 0.45+0.04-0.07 if it has a Kroupa IMF. The spectrum also allowed us to estimate the velocity dispersion of the lensing galaxy, sigma_ap = 222+/-34 km/s. We used f_b and sigma_ap to constrain an analytical model of the lensing galaxy composed of an Hernquist plus generalized NFW profile. We solve the Jeans equations numerically for the model and explored the parameter space under the additional requirement that the model must predict the correct astrometry for the quasar images. Given the current error bars on f_b and sigma_ap, we did not constrain H0 yet with high accuracy, i.e., we found a broad range of models with chi^2 < 1. However, narrowing this range is possible, provided a better velocity dispersion measurement becomes available. In addition, increasing the depth of the current HST imaging data of HE 0435-1223 will allow us to combine our constraints with lens reconstruction techniques that make use of the full Einstein ring that is visible in this object.

研究の動機と目的

• 長期間の光度測定を用いて、強いレンズ効果を示すクェザーHE 0435-1223の正確な時間遅れを測定すること。
• 星族合成モデルと深紫外・可視光分光観測を用いて、レンズ銀河のエインシュタイン半径内におけるバリオン質量分率を特定すること。
• 速度分散およびアストロメトリックデータを組み合わせたジェンスモデルを用いて、星間物質と暗黒物質成分を含むレンズポテンシャルを制約すること。
• 時間遅れを用いた宇宙論的測定法が標準キャンドルとは独立してハッブル定数を導出可能かどうかを評価すること。
• 今後のH₀の制約を向上させるために、より深いHST画像と積分場分光法を含む観測の向上がどのように寄与するかを特定すること。

提案手法

• 2004年から2010年までにEuler、Mercator、Maidanak望遠鏡を用いてRバンドで575点の光度測定を取得し、時間遅れの測定に用いた。
• HST NICMOS F160W画像の空間的デコンボリューションを実行し、クェザー像およびレンズ銀河の光分布の高精度なアストロメトリック位置を取得した。
• レンズ銀河の深紫外・可視光分光スペクトルを星族モデルにフィットさせ、SalpeterおよびKroupa初期質量関数の下で星の質量光度比とバリオン質量分率を導出した。
• VLT分光スペクトルからレンズ銀河の開口速度分散をσ_ap = 222 ± 34 km s⁻¹として測定した。
• ヘルンクイスト（星間物質）および一般化されたNFW（暗黒物質）プロファイルを組み合わせた合成レンズモデルを構築し、アストロメトリック制約のもとでジェンス方程式を数値的に解いた。
• 外部シアおよびSIS成分（G22）をパラメータに含め、近接する質量構造の影響を考慮したが、グループの収束効果の可能性も認識した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 歪んだクェザーHE 0435-1223の4つの像間の正確な時間遅れは何か？また、マイクロレンズ効果はその測定にどのように影響を与えるか？
• RQ2 レンズ銀河のエインシュタイン半径内におけるバリオン質量分率は何か？また、仮定される初期質量関数に依存するか？
• RQ3 時間遅れ、速度分散、アストロメトリックデータの組み合わせにより、ハッブル定数H₀を高精度に制約できるか？
• RQ4 外部収束およびグループ環境によるレンズモデルの不確実性が、導出されるH₀値にどのように影響を与えるか？
• RQ5 時間遅れを用いた宇宙論的測定法において、レンズ質量構造とH₀のデゲネラシーを最も効果的に低減するためのフォローアップ観測は何か？

主な発見

• 画像Bを基準として、時間遅れはΔt_BC = 7.8 ± 0.8日、Δt_BD = -6.5 ± 0.7日、Δt_CD = -14.3 ± 0.8日であり、長基準と高サンプリングのおかげで誤差は10%未満であった。
• マイクロレンズ効果が画像Aに顕著に影響を与えるため、時間遅れ測定には画像Bが最適な基準となる。
• Salpeter初期質量関数の下では、エインシュタイン半径内でのバリオン質量分率はf_b = 0.65⁺⁰.¹³₋₀.¹⁰、Kroupa初期質量関数ではf_b = 0.45⁺⁰.⁰⁴₋₀.⁰⁷であった。
• VLT分光スペクトルからレンズ銀河の速度分散はσ_ap = 222 ± 34 km s⁻¹として測定された。
• 最良のフィットレンズモデルでは、全質量傾斜指数γ′ = 2.1 ± 0.1が得られ、以前の研究と整合的であり、H₀の推定範囲は57 < H₀ < 71 km s⁻¹ Mpc⁻¹であった。
• 現在のf_bおよびσ_apの不確実性のため、H₀の制約は厳密でないが、今後の速度分散の向上とより深いHST画像の取得により、誤差を約1%まで低減できる可能性がある。