[论文解读] Microlensing of multiply-imaged compact radio sources: Evidence for compact halo objects in the disk galaxy of B1600+434

L. V. E. Koopmans, A. G. de Bruyn|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2000

Radio Astronomy Observations and Technology被引用 5

一句话总结

本研究利用VLA和WSRT在8.5、5和1.4 GHz频段的观测，首次在引力透镜系统B1600+434中明确检测到射电微引力透镜效应。在透镜像A和B中观测到的短期变异性——在8.5 GHz时调制指数分别为2.8%和1.6%——无法用银河系星际闪烁解释，而更可能源于透镜星系晕中大质量致密天体的微引力透镜效应，暗示这些暗物质候选体的平均质量下限约为∼0.5 M⊙。

ABSTRACT

We present the first unambiguous case of external variability of a radio gravitational lens, CLASS B1600+434. The VLA 8.5-GHz difference light curve of the lensed images, taking the proper time-delay into account, shows the presence of external variability with 14.6-sigma confidence. We investigate two plausible causes of this external variability: scattering by the ionized component of the Galactic interstellar medium and microlensing by massive compact objects in the bulge/disk and halo of the lens galaxy. Based on the tight relation between the modulation-index and variability time scale and the quantitative difference between the light curves of both lensed images, we conclude that the observed short-term variability characteristics of the lensed images are incompatible with scintillation in our Galaxy. This conclusion is strongly supported by multi-frequency WSRT observations at 1.4 and 5 GHz, which are in strong disagreement with predictions based on the scintillation hypothesis. ... On the other hand, a single superluminal jet-component, having an apparent velocity 9<=(v_app/c)<=26, a radius of 2-5 micro-arcsec and containing 5-11% of the observed 8.5-GHz source flux density, can reproduce the observed modulation-indices and variability time scale at 8.5 GHz, when it is microlensed by compact objects in the lens galaxy. It also reproduces the frequency-dependence of the modulation-indices, determined from the independent WSRT 1.4 and 5-GHz observations. ... The only conclusion fully consistent with the data gathered thus far is that we have indeed detected radio microlensing. The far reaching consequence of this statement is that a significant fraction of the mass in the dark-matter halo at ~6 kpc (h=0.65) above the lens-galaxy disk in B1600+434 consists of massive compact objects. [abridged]

研究动机与目标

• 区分银河系星际闪烁与微引力透镜效应，作为多重像类星体短期射电变异性成因的可能解释。
• 检验B1600+434透镜像中观测到的变异性是否可由银河系电离ISM中的散射解释。
• 确定透镜星系的核球、盘面和晕中致密天体的微引力透镜效应是否能解释观测到的变异性特征。
• 利用多频光曲线约束透镜星系暗物质晕中致密天体的质量函数。
• 评估散射展宽对图像B的影响及其对微引力透镜解释的潜在影响。

提出的方法

• 基于VLA在8.5 GHz对图像A和B的监测，构建差分光曲线，通过时间延迟和流量比校正，以隔离非相关的外部变异性。
• 应用标准闪烁模型（Rickett 1977, 1990；TC93），预测频率相关的调制指数，并与1.4 GHz和5 GHz观测值进行比较。
• 利用超光速喷流组分（大小2–5 μas，通量分数5–11%，视速度9–26c）进行微引力透镜模拟，以重现观测到的调制指数和变异性 timescales。
• 评估散射展宽对图像B调制指数的影响及其对质量函数约束的含义。
• 将观测到的调制指数（A为2.8%，B为1.6%，均在8.5 GHz）与不同致密天体质量函数下微引力透镜模型的预测值进行比较。
• 结合VLA、WSRT及未来VLBI数据，以优化源结构和致密天体质量函数的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 B1600+434透镜像的观测到的短期变异性是否可由银河系电离星际介质中的散射解释？
• RQ2 调制指数的频率依赖性（1.4 GHz时为1.2%，5 GHz时为3.7%）是否与闪烁理论一致？
• RQ3 在8.5 GHz时，图像A与B之间调制指数的差异（2.8% vs. 1.6%）是否支持透镜星系晕和盘中存在质量不同的致密天体的微引力透镜效应？
• RQ4 基于微引力透镜模拟，可对透镜星系晕中致密天体的质量施加何种约束？
• RQ5 透镜星系电离ISM对图像B的散射展宽是否会改变对观测变异性解释的判断？

主要发现

• VLA 8.5 GHz差分光曲线中观测到的14.6–σ外部变异性排除了源内禀变异性，证实存在非相关的外部变异性。
• 在5 GHz时观测到的调制指数（3.7%）显著低于闪烁理论预测值（当1.4 GHz时为1.2%时预测为9.0%），与闪烁假说相矛盾。
• 调制指数的频率依赖性（1.4 GHz时为1.2%，5 GHz时为3.7%）与闪烁理论不一致，但与微引力透镜模拟结果一致。
• 单一超光速喷流组分（2–5 μas，5–11%通量，β_app = 9–26c）可重现8.5 GHz频段观测到的调制指数和变异性 timescales。
• 在8.5 GHz时，图像A的调制指数（2.8%）高于图像B（1.6%），暗示视线方向A中致密天体的平均质量更高，从而对晕中致密天体的平均质量给出暂定下限≥0.5 M⊙。
• 唯一能完全一致解释所有数据的模型是射电微引力透镜效应，表明距离透镜星系盘面约6 kpc的暗物质晕中，存在大质量致密天体。