[论文解读] A time-delay determination from VLA light curves of the CLASS gravitational lens B1600+434

L. V. E. Koopmans, A. G. de Bruyn+2 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jan 31, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 7

一句话总结

本研究利用1998年2月至10月期间8.5-GHz VLA光曲线，测得类星体引力透镜B1600+434两幅图像之间的时延为47⁺¹²₋₉天（95%置信水平）。分析表明，图像A的短期流量变化主要由微引力透镜效应引起，而非源内禀变化，从而得出哈勃参数估计值H₀ = 57⁺¹⁴₋₁₁ km s⁻¹ Mpc⁻¹（等温模型），但因透镜质量分布斜率存在退化问题，系统不确定性限制了精度。

ABSTRACT

We present Very Large Array (VLA) 8.5-GHz light curves of the two lens images of the Cosmic Lens All Sky Survey (CLASS) gravitational lens B1600+434. We find a nearly linear decrease of 18-19% in the flux densities of both lens images over a period of eight months (February-October) in 1998. Additionally, the brightest image A shows modulations up to 11% peak-to-peak on scales of days to weeks over a large part of the observing period. Image B varies significantly less on this time scale. We conclude that most of the short-term variability in image A is not intrinsic source variability, but is most likely caused by microlensing in the lens galaxy. The alternative, scintillation by the ionized Galactic ISM, is shown to be implausible based on its strong opposite frequency dependent behavior compared with results from multi-frequency WSRT monitoring observations (Koopmans & de Bruyn 1999). From these VLA light curves we determine a median time delay between the lens images of 47^{+5}_{-6} d (68%) or 47^{+12}_{-9} d (95%). We use two different methods to derive the time delay; both give the same result within the errors. We estimate an additional systematic error between -8 and +7 d. If the mass distribution of lens galaxy can be described by an isothermal model (Koopmans, de Bruyn & Jackson 1998), this time delay would give a value for the Hubble parameter, H_0=57^{+14}_{-11} (95% statistical) ^{+26}_{-15} (systematic) km/s/Mpc (Omega_m=1 and Omega_Lambda=0). Similarly, the Modified-Hubble-Profile mass model would give H_0=74^{+18}_{-15} (95% statistical) ^{+22}_{-22} (systematic) km/s/Mpc. For Omega_m=0.3 and Omega_Lambda=0.7, these values increase by 5.4%. ... (ABRIDGED)

研究动机与目标

• 利用射电光曲线测定CLASS引力透镜B1600+434两幅透镜图像之间的时延。
• 区分观测到的短期流量变化是由源内禀变化还是外部原因（微引力透镜或闪烁）引起。
• 结合测得的时延与透镜质量模型，估算哈勃参数H₀，同时考虑质量分布斜率的退化问题。
• 评估微引力透镜与星际闪烁作为图像A中快速流量变化起源的可行性。
• 评估该系统在H₀被独立确定后，对约束透镜星系暗物质晕径向质量分布的潜力。

提出的方法

• 利用甚长基 baseline 射电望远镜阵列（VLA）在A-阵列和B-阵列模式下，对B1600+434进行了为期8个月（1998年2月至10月）的多 epoch 8.5-GHz监测，共获得75个观测历元，平均观测间隔为3.3天。
• 采用最小方差法（Pelt et al. 1996）和PRH方法（Press et al. 1992）交叉相关两幅透镜图像的光曲线，以确定时延。
• 利用1.4 GHz和5 GHz的多频段WSRT数据，检验流量变化的频率依赖性，因频率标度不匹配而排除了银河系电离介质闪烁假说。
• 采用等温和改良-哈勃-轮廓（MHP）模型对透镜星系的质量分布进行建模，以从时延中推导H₀值。
• 通过考虑质量模型斜率和宇宙学参数的不确定性，量化时延与H₀估计中的系统误差。
• 综合统计误差与系统误差估计，报告时延与H₀的95%置信区间。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于8.5-GHz VLA光曲线，B1600+434两幅透镜图像之间的时延是多少？
• RQ2 观测到的图像A中短期流量变化的主要物理起源是什么——微引力透镜还是星际闪烁？
• RQ3 透镜星系质量分布径向斜率的不确定性如何影响推导出的哈勃参数？
• RQ4 若H₀可独立确定，该时延测量能否用于约束透镜星系暗物质晕的结构？
• RQ5 两种独立的时延估计方法（最小方差法与PRH法）在一致性和精度上如何比较？

主要发现

• VLA光曲线显示，两幅透镜图像在八个月内均呈现约18–19%的线性流量下降，长期趋势中无显著时延。
• 图像A在数天至数周的时间尺度上表现出高达11%的峰值-峰值短期变化，而图像B在同一时间尺度上变化不超过6%。
• 图像A的短期变化最可能由透镜星系中致密天体的微引力透镜效应引起，多频段WSRT数据排除了银河系电离介质闪烁假说。
• 两幅图像之间的时延测量结果为47⁺¹²₋₉天（95%置信水平），两种独立方法结果一致。
• 采用等温质量模型，哈勃参数估计为H₀ = 57⁺¹⁴₋₁₁ km s⁻¹ Mpc⁻¹（95%统计误差），系统误差为±15至+26 km s⁻¹ Mpc⁻¹。
• 对于改良-哈勃-轮廓质量模型，H₀估计为74⁺¹⁸₋₁⁵ km s⁻¹ Mpc⁻¹（95%统计误差），系统误差范围对称为±22 km s⁻¹ Mpc⁻¹。