[论文解读] COSMOGRAIL: the COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses XIII: Time delays and 9-yr optical monitoring of the lensed quasar RX J1131-1231

M. Tewes, F. Courbin+11 more|Lirias (KU Leuven)|Aug 29, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 46被引用 81

一句话总结

本论文基于COSMOGRAIL项目，对引力透镜类星体RX J1131−1231开展了为期9年的光学监测，采用三种独立的时间延迟测量方法处理高精度光 light curves。回归差异法测得图像D与其他图像之间的时间延迟为91天，相对不确定度仅为1.5%，表明长期监测可有效抑制微引力透镜引起的系统偏差，实现高精度的宇宙学距离测量。

ABSTRACT

We present the results from nine years of optically monitoring the gravitationally lensed z=0.658 quasar RX J1131-1231. The R-band light curves of the four individual images of the quasar were obtained using deconvolution photometry for a total of 707 epochs. Several sharp quasar variability features strongly constrain the time delays between the quasar images. Using three different numerical techniques, we measure these delays for all possible pairs of quasar images while always processing the four light curves simultaneously. For all three methods, the delays between the three close images A, B, and C are compatible with being 0, while we measure the delay of image D to be 91 days, with a fractional uncertainty of 1.5% (1 sigma), including systematic errors. Our analysis of random and systematic errors accounts in a realistic way for the observed quasar variability, fluctuating microlensing magnification over a broad range of temporal scales, noise properties, and seasonal gaps. Finally, we find that our time-delay measurement methods yield compatible results when applied to subsets of the data.

研究动机与目标

• 利用长期光学测光，精确测量强引力透镜类星体RX J1131−1231多图像之间的时间延迟。
• 评估微引力透镜变异性对时间延迟估计的影响，并评估不同延迟测量技术的鲁棒性。
• 证明长期监测计划对于抑制瞬态微引力透镜事件引起的系统偏差至关重要。
• 提供高精度的时间延迟测量，以约束时间延迟距离并支持宇宙学模型。

提出的方法

• 数据通过1.2米瑞士Euler望远镜、1.3米SMARTS望远镜和1.2米Mercator望远镜在九年内获取，生成了高测光质量的光 light curves。
• 应用了三种独立的时间延迟估计技术：基于方差类似模型和样条模型的曲线位移法，以及一种避免显式微引力透镜建模的回归差异法。
• 回归差异法用于估计延迟，无需对微引力透镜采用参数化形式，从而降低了模型依赖性偏差。
• 通过已知时间延迟且具有与观测数据相似外部变异性的人工光 light curves 验证了误差估计。
• 对数据子集（如第1–5季和第6–9季）进行独立分析，以检验结果的一致性和误差条的可靠性。
• 最终时间延迟的不确定度被量化为图像D与其他图像之间延迟的1.5%相对1σ误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 微引力透镜引起的变异性模式如何影响透镜类星体时间延迟测量的准确性？
• RQ2 哪种时间延迟估计技术对短期微引力透镜变异性及模型偏差最具鲁棒性？
• RQ3 与长期观测相比，短期监测计划（如两个季度）在多大程度上能提供可靠的时间延迟估计？
• RQ4 能否通过独立的数据子集一致验证时间延迟测量的误差估计？
• RQ5 RX J1131−1231的时间延迟距离测量精度如何？其对宇宙学模型有何约束作用？

主要发现

• 回归差异法产生了最可靠的时间延迟估计，图像D与其他类星体图像之间91天延迟的相对1σ不确定度为1.5%。
• 仅分析两个季度的数据导致系统性偏差，尤其在2004年中左右，微引力透镜变异性在图像A处模拟出时间延迟的假象。
• 回归差异法提供的误差条包含了基于完整九年数据集推导出的延迟值，而其他方法则低估了不确定性。
• 对独立数据子集（第1–5季与第6–9季）的独立测量结果一致，证实了误差估计的稳健性。
• 本研究证实，长期监测对于抑制微引力透镜引起的系统偏差、实现高精度时间延迟测量至关重要。
• 最终时间延迟的不确定度现在主要受限于透镜星系引力势和视线方向大尺度结构的不确定性，而非测量误差。