[논문 리뷰] Microlensing variability in the gravitationally lensed quasar Q2237+0305 = the Einstein Cross, I. Spectrophotometric monitoring with the VLT

A. Eigenbrod, F. Courbin외 3명|arXiv (Cornell University)|2007. 09. 18.

Adaptive optics and wavefront sensing인용 수 32

한 줄 요약

이 연구는 VLT/FORS1를 사용하여 중력 렌즈 효과를 겪는 활성은하핵 QSO 2237+0305(아인슈타인 크로스)의 첫 장기(2.2년) 스펙트로스코픽 모니터링을 수행하여, 렌즈 효과를 일으키는 은하의 빛에서 활성은하핵 이미지 스펙트럼을 정밀하게 분리하고, 동시에 관측된 비변화성 항성들을 통해 정확한 플럭스 보정을 가능하게 하였다. 주요 발견으로는 이미지 A와 B에서 강한 마이크로렌즈 효과에 의한 변동성이 관측되었으며, 특히 청색 연속기와 넓은 발산선에서 두드러졌고, 이는 밀도가 높고 크기가 작은 원반형의 적응핵과 층상으로 배열된 넓은 선구역에 의한 마이크로렌즈 효과와 일치한다. 고이온화 선들이 저이온화 선들보다 더 강하게 확대되는 경향을 보이며, 이는 넓은 선구역의 층상 배열을 뒷받 Circa 2.2년 동안의 장기 모니터링을 통해 활성은하핵의 내부 기하학적 및 구조적 특성에 대한 중요한 관측 제약 조건을 제공하였다.

ABSTRACT

We present the results of the first long-term (2.2 years) spectroscopic monitoring of a gravitationally lensed quasar, namely the Einstein Cross Q2237+0305. The goal of this paper is to present the observational facts to be compared in follow-up papers with theoretical models to constrain the inner structure of the source quasar. We spatially deconvolve deep VLT/FORS1 spectra to accurately separate the spectrum of the lensing galaxy from the spectra of the quasar images. Accurate cross-calibration of the 58 observations at 31-epoch from October 2004 to December 2006 is carried out with non-variable foreground stars observed simultaneously with the quasar. The quasar spectra are further decomposed into a continuum component and several broad emission lines to infer the variations of these spectral components. We find prominent microlensing events in the quasar images A and B, while images C and D are almost quiescent on a timescale of a few months. The strongest variations are observed in the continuum of image A. Their amplitude is larger in the blue (0.7 mag) than in the red (0.5 mag), consistent with microlensing of an accretion disk. Variations in the intensity and profile of the broad emission lines are also reported, most prominently in the wings of the CIII] and center of the CIV emission lines. During a strong microlensing episode observed in June 2006 in quasar image A, the broad component of the CIII] is more highly magnified than the narrow component. In addition, the emission lines with higher ionization potentials are more magnified than the lines with lower ionization potentials, consistent with the results obtained with reverberation mapping. Finally, we find that the V-band differential extinction by the lens, between the quasar images, is in the range 0.1-0.3 mag.

연구 동기 및 목표

• 중력 렌즈 효과를 겪는 활성은하핵의 스펙트럼 성분에서 마이크로렌즈 효과에 의한 변동성을 연구하기 위해, 첫 장기적·고주기 스펙트로포톤메트릭 모니터링을 수행하는 것.
• 공간 해소 분리 기법을 사용하여 렌즈 효과를 일으키는 은하의 빛에서 네 개의 활성은하핵 이미지 스펙트럼을 분리하는 것.
• 동시 관측된 비변화성 전경 항성들을 이용하여 플럭스 측정치의 정확한 교정을 수행하는 것.
• 활성은하핵 스펙트럼을 연속기와 넓은 발산선 성분으로 분해하여 각각의 독립적 변동성을 추적하는 것.
• 미래의 레이 쇼팅 시뮬레이션에서 활성은하핵의 내부 기하학적 구조와 렌즈 시스템을 모델링하기 위한 관측적 제약 조건을 제공하는 것.

제안 방법

• 2.2년에 걸쳐 평균 14일 간격으로 VLT/FORS1를 사용한 깊은 스펙트로스코픽 관측을 실시함.
• 렌즈 효과를 일으키는 은하의 부풀림 구조에서 활성은하핵 이미지의 플럭스 기여도를 분리하기 위해 공간 해소 분리를 수행함.
• 동일한 천체 영역에서 관측된 비변화성 전경 항성들을 이용하여 기기적 및 대기적 변동을 보정함.
• 활성은하핵 스펙트럼을 거듭제곱 법칙 기반 연속기와 넓은 발산선(예: C III], C IV, Mg II)으로 분해하여 각각의 변동성을 분석함.
• 다양한 스펙트럼 성분에 대한 마이크로렌즈 효과를 추론하기 위해 활성은하핵 이미지 간의 차별적 확대 비율을 측정함.
• 관측된 플럭스 비율을 중간 적외선 측정치와 비교하여 관측 기간을 초월한 장기 마이크로렌즈 효과를 탐지함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 QSO 2237+0305의 연속기와 넓은 발산선은 마이크로렌즈 효과로 인해 시간에 따라 어떻게 변동하는가?
• RQ2 마이크로렌즈 사건 동안 다양한 스펙트럼 성분(예: C III]의 넓은 성분 대비 좁은 성분)의 상대적 확대 정도는 어떻게 되는가?
• RQ3 고이온화 발산선이 저이온화 선보다 더 강하게 확대되는가? 이는 넓은 선구역의 기하학적 배열에 대해 어떤 함의를 갖는다?
• RQ4 렌즈 효과를 일으키는 은하 내의-dust로 인한 이미지 간의 차별적 투과도는 어느 정도인가?
• RQ5 장기 마이크로렌즈 효과가 이미지 A와 C의 플럭스 비율에 얼마나 큰 영향을 미치며, 이는 단기 사건과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• HJD ~3900일 경에 이미지 A에서 강한 마이크로렌즈로 인한 밝아짐 현상이 관측되었으며, 청색 연속기에서는 0.7 mag 증가하고, 적색 연속기에서는 0.5 mag 증가하여, 밀도가 높고 크기가 작은 원반형의 적응핵에 의한 마이크로렌즈 효과와 일치함.
• 이미지 A의 C III] 발산선 넓은 성분은 좁은 성분 대비 1.8배 확대되었으며, 이는 마이크로렌즈 효과에 대한 차별적 반응을 나타냄.
• C IV 및 C III]와 같은 고이온화 선들이 Mg II와 같은 저이온화 선들보다 더 강하게 확대되는 경향을 보이며, 이는 넓은 선구역의 층상 배열을 지지함.
• HJD ~3900일의 밝아짐 사건 동안 이미지 A의 C III] 선형형태가 넓어졌으며, 유사한 넓어짐 현상이 여러 시점에서 이미지 C에서도 관측되어, 공간적으로 분리된 마이크로렌즈 효과를 시사함.
• 렌즈 효과를 일으키는 은하 내의-dust로 인한 이미지 간의 차별적 투과도는 약 0.1–0.3 mag로 추정되었으며, 이미지 C와 D가 가장 빨간색으로 변색되었지만, 이는 장기 플럭스 비율 변화를 설명하기에는 부족함.
• 이미지 C와 D는 짧은 시간 스케일의 마이크로렌즈 변동성이 거의 없었고, 반면 이미지 A와 B는 강하게 변동성이 관측되어 마이크로렌즈 효과가 렌즈된 이미지 전역에 균일하게 분포되어 있지 않음을 시사함.