[논문 리뷰] Gravitationally Lensed Arc Statistics as a Cosmological Probe

Asantha Cooray|arXiv (Cornell University)|1998. 07. 14.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 배경 은하 클러스터를 렌즈로 사용하여 하늘 전체에 걸쳐 중력 렌즈 효과를 받는 광학, 전파, 서브밀리미터 파장의 소스 수를 예측한다. 이는 적색편이에 따라 변화하는 소스 및 렌즈 분포를 고려한다. 평탄한 우주론 모델에서 Ω=0.3 및 Λ=0.7일 경우, 약 1,500개의 렌즈된 전파 소스(S>10 μJy, A>2)와 약 30,000개의 렌즈된 서브밀리미터 소스(850 μm)가 예측되며, 이는 관측 조사와 일치하며 향후 Planck와 같은 조사에 유용하다.

ABSTRACT

We calculate the expected number of gravitationally lensed optical, radio and sub-mm lensed sources on the whole sky due to foreground galaxy clusters for different cosmological models. We improve previous calculations of lensed arc statistics by including redshift information for background sources and accounting for the redshift evolution of the foreground lensing clusters. The background sources are described based on the redshift and optical magnitude or flux distribution for sources in the Hubble Deep Field (HDF). Using the HDF luminosity function, we also account for the magnification bias in magnitude-limited observational programs to find lensed optical arcs. Based on the results from optical arc surveys, we find that the observed number of arcs can easily be explained in a flat universe with low values for cosmological mass density of the universe. At radio wavelengths (1.4 GHz), we predict \sim 1500 lensed radio sources with flux densities greater than 10 muJy, and with amplifications due to lensing greater than 2, in a flat cosmology with Omega=0.3 and Lambda=0.7. At sub-mm wavelengths (850 mum), the number of lensed sources expected towards the same foreground lens population and cosmology is \sim 3 x 10^4. We briefly consider the possibility of using the South Pole 10-m sub-mm telescope and the Planck surveyor to identify lensed sub-mm sources. A catalog of around 100 gravitationally lensed sources at 353 GHz may be a useful by-product of Planck. (Abridged)

연구 동기 및 목표

• 배경 은하 클러스터를 렌즈로 사용하여 하늘 전체에 걸친 중력 렌즈 효과를 받는 소스 수를 예측하기 위해.
• 이전의 아크 통계 모델을 향상시키기 위해 렌즈 클러스터와 배경 소스의 적색편이 진화를 포함하기 위해.
• 허블 깊은 필드 빛의 세기 함수를 사용하여 등급 제한 관측 프로그램에서의 증폭 편향을 보정하여 검출 가능한 아크 수를 예측하기 위해.
• 다양한 우주론 모델에서 전파 및 서브밀리미터 파장에서 렌즈 효과를 받는 소스의 검출 가능성 평가하기 위해.
• 향후 조사(예: Planck, 남극 탐사망)가 서브밀리미터 렌즈 소스를 식별하는 데 얼마나 유용한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 배경 광학 소스의 적색편이 및 등급 분포를 모델링하기 위해 허블 깊은 필드 빛의 세기 함수를 사용한다.
• 렌즈 효과의 횡단면 추정치를 향상시키기 위해 배경 클러스터의 적색편이 진화를 통합한다.
• 등급 제한 관측 프로그램에 대해 증폭 편향 보정을 적용하여 검출 가능한 아크 수를 예측한다.
• 다양한 Ω 및 Λ를 가진 우주론 모델을 사용하여 1.4 GHz 및 850 μm에서 렌즈 효과를 받는 소스 수를 계산한다.
• 광도 임계값과 증폭 계수를 기반으로 검출 가능한 렌즈 효과를 받는 소스 집단을 추정한다.
• 남극 탐사망 10m 전파망원경 및 Planck 조사자와 같은 장비를 사용하여 서브밀리미터 렌즈 소스 식별 가능성 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평탄한 우주에서 낮은 ΩM 조건에서 기대되는 중력 렌즈 효과를 받는 광학 아크의 수는 얼마인가요?
• RQ2 Ω=0.3, Λ=0.7 우주론 모델에서 전파 소스 수 중에서 통신 신호 강도 >10 μJy 이며 증폭 계수 >2인 소스는 몇 개인가요?
• RQ3 동일한 우주론 모델에서 동일한 렌즈 클러스터 집단을 향해 850 μm 파장에서 기대되는 렌즈 효과를 받는 서브밀리미터 소스의 수는 얼마인가요?
• RQ4 향후 서브밀리미터 조사(예: Planck, 남극 탐사망)가 유의미한 수의 렌즈 효과를 받는 소스를 탐지할 수 있을까요?
• RQ5 등급 제한 관측에서 관측된 렌즈 아크 수에 대해 증폭 편향이 얼마나 영향을 미치는가요?

주요 결과

• Ω=0.3 및 Λ=0.7인 평탄한 우주론 모델에서 하늘 전체에 걸쳐 약 1,500개의 렌즈 효과를 받는 전파 소스(신호 강도 >10 μJy, 증폭 계수 >2)가 기대된다.
• 서브밀리미터 파장(850 μm)에서 동일한 렌즈 클러스터 집단을 향해 동일한 우주론 모델에서 약 30,000개의 렌즈 효과를 받는 소스가 예측된다.
• 관측된 광학 아크의 수는 낮은 물질 밀도(ΩM ≈ 0.3)를 가진 평탄한 우주로 일관되게 설명될 수 있다.
• 남극 탐사망 10m 서브밀리미터 망원경과 Planck 조사자가 약 100개의 중력 렌즈 효과를 받는 소스를 353 GHz에서 검출할 것으로 예상되며, 이는 부가적인 결과로 나타난다.
• 렌즈와 소스의 적색편이 진화를 통합함으로써 이전 모델 대비 렌즈 효과를 받는 소스 예측의 정확도가 크게 향상된다.
• 허블 깊은 필드 빛의 세기 함수를 통한 증폭 편향 통합은 등급 제한 관측에서 광학 아크 수 예측의 현실성과 정확도를 향상시킨다.