[論文レビュー] Measuring the mass function of isolated stellar remnants with gravitational microlensing. I. Revisiting the OGLE-III dark lens candidates

P. Mróz, Ł. Wyrzykowski|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|Jul 29, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、更新されたGaia EDR3の固有運動と修正された質量推定手法を用いて、以前にダークな星の残骸とされたとされたOGLE-IIIの重力レンズ事象を再評価した。その結果、特に「質量ギャップ」およびブラックホール候補の質量推定値が、誤った距離事前分布と不適切な固有運動サンプリングに起因して著しく高められていたことが判明し、これらの対象は白色矮星、中性子星、または主系列星である可能性が高くなった。

ABSTRACT

Gravitational microlensing may detect dark stellar remnants - black holes or neutron stars - even if they are isolated. However, it is challenging to estimate masses of isolated dark stellar remnants using solely photometric data for microlensing events. A recent analysis of OGLE-III long-timescale microlensing events exhibiting the annual parallax effects claimed that a number of bright events were due to "mass-gap" objects (with masses intermediate between those of neutron stars and black holes). Here, we present a detailed description of the updated and corrected method that can be used to estimate masses of dark stellar remnants detected in microlensing events given the light curve data and the proper motion of the source. We use this updated method, in combination with new proper motions from Gaia EDR3, to revise masses of dark remnant candidates previously found in the OGLE-III data. We demonstrate that masses of "mass-gap" and black hole events identified in the previous work are overestimated and, hence, these objects are most likely main-sequence stars, white dwarfs, or neutron stars.

研究の動機と目的

• OGLE-IIIの重力レンズ事象で以前に特定された孤立した星の残骸候補の質量を再評価すること。
• 誤った源距離事前分布と不適切なレンズ-源固有運動のサンプリングに起因する、過去の質量推定値における系統的バイアスを是正すること。
• '質量ギャップ'およびブラックホール候補が、白色矮星、中性子星、または主系列星である可能性がより妥当であるかどうかを評価すること。
• 光度的重力レンズデータとGaiaの天体測定を組み合わせて、孤立した暗黒星の残骸の質量推定精度を向上させること。
• 独立した固有運動測定と更新された銀河運動モデルを用いた比較によって、レンズ質量推定の信頼性を検証すること。

提案手法

• 式(2)を用いてレンズ質量の事後分布を再構築する：$ M = \frac{t_{\rm E} \mu}{\kappa \pi_{\rm E}} $、ここで$ t_{\rm E} $、$ \pi_{\rm E} $、$ \mu $ は光曲線および固有運動データから導出される。
• 源星の固有運動にGaia EDR3データを適用し、Bailer-Jonesら(2018)が提示した、銀河のバルジ源の距離を過小評価していた旧来的な距離推定値を置き換えた。
• ナタルキック速度を考慮し、高固有運動解へのバイアスを避けるために、レンズ-源固有運動に修正された銀河的事前分布を実装した。
• レンズ距離および速度分布に物理的根拠のある事前分布を用いたマルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)サンプリングを実施し、$ \mu $ を一様分布でサンプリングすることで質量推定値が inflated されるのを回避した。
• ベイズ的フレームワーク内で、銀河のディスクおよびバルジの両方のレンズ位置を考慮し、レンズが銀河のディスクにあるという事前仮定を是正した。
• 特にOGLE3-ULENS-PAR-13について、OGLEが提供する独立した固有運動測定値を用いて結果を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 OGLE-IIIの重力レンズ事象で報告された過去の「質量ギャップ」およびブラックホール候補は、実際には白色矮星や中性子星である可能性がより高いのか？
• RQ2 Bailer-Jones ら(2018)が提示した誤った源距離事前分布は、重力レンズ事象の質量推定値にどの程度バイアスをもたらすのか？
• RQ3 レンズ-源固有運動の不適切なサンプリングは、単一レンズ重力レンズ事象における推定レンズ質量分布にどのように影響するのか？
• RQ4 ナタルキック速度は、レンズ-源固有運動および質量の事後分布にどのような影響を及えるのか？
• RQ5 追加の天体測定または干渉計測定データがなければ、Gaia EDR3の固有運動は長時間スケールの重力レンズ事象におけるレンズ質量を信頼できる精度で制約できるのか？

主な発見

• 『質量ギャップ』およびブラックホール候補の推定質量は、以前に報告された値と比較して約2〜12倍小さく、多くが白色矮星や中性子星と整合的である。
• 再分析された8件の事象の中央値源距離は、以前はBailer-Jones(2018)によって4.0 kpcと過小評価されていたが、Gaia EDR3データでは約8 kpcに上昇し、銀河のバルジと整合的である。
• レンズが銀河のディスクにあるという事前仮定が、質量推定値の過大評価を引き起こしていた。バルジレンズの可能性を含めることで、推定質量は顕著に低減された。
• 一様分布によるレンズ-源固有運動のサンプリングが、$ \mu $ の過大評価を引き起こし、結果として質量推定値が inflated されていた。このサンプリングの是正により、質量推定値は著しく低減された。
• OGLE3-ULENS-PAR-13について、元の質量推定値$ 5.9^{+2.1}_{-1.7} M_\odot $は、OGLEが提供する固有運動を用いて$ 2.9^{+2.0}_{-1.8} M_\odot $に再評価され、ブラックホールの可能性は著しく低下した。
• すべての再評価された質量推定値は統計的に導出されており、仮定された銀河モデルに依存している。どの事象についてもブラックホールであると断定はできないが、すべてが低質量の星の残骸または主系列星と整合的である。