[论文解读] A Time Delay for the Largest Gravitationally Lensed Quasar: SDSS J1004+4112

J. Fohlmeister, C. S. Kochanek+13 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2006

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 4

一句话总结

本研究通过1000天的光学监测，测得引力透镜类星体SDSS J1004+4112的A和B像之间存在38.4 ± 2.0天的时间延迟。该延迟结果否定了此前忽略星系团成员星系的模型，因为这些星系显著扰动了透镜势；包含这些星系的模型能够准确拟合像的位置和时间延迟，而C和D像的更长延迟尚待确认，但数据约束其必须超过560天。

ABSTRACT

We present 426 epochs of optical monitoring data spanning 1000 days from December 2003 to June 2006 for the gravitationally lensed quasar SDSS J1004+4112. The time delay between the A and B images is 38.4+/-2.0 days in the expected sense that B leads A and the overall time ordering is C-B-A-D-E. The measured delay invalidates all published models. The models failed because they neglected the perturbations from cluster member galaxies. Models including the galaxies can fit the data well, but strong conclusions about the cluster mass distribution should await the measurement of the longer, and less substructure sensitive, delays of the C and D images. For these images, a CB delay of 681+/-15 days is plausible but requires confirmation, while CB and AD delays of >560 days and > 800 days are required. We clearly detect microlensing of the A/B images, with the delay-corrected flux ratios changing from B-A=0.44+/-0.01 mag in the first season to 0.29+/-0.01 mag in the second season and 0.32+/-0.01 mag in the third season.

研究动机与目标

• 通过长期光学监测，测量强引力透镜类星体SDSS J1004+4112的A和B像之间的时间延迟。
• 检验现有透镜模型是否能准确预测时间延迟，特别是那些忽略星系团成员星系引起的偏转的模型。
• 研究类星体像在光学连续谱中的微引力透镜效应及其对源结构和变异性的影响。
• 利用时间延迟和像位置数据，约束透镜星系团的质量分布，尤其是成员星系引起的亚结构作用。
• 评估该系统通过红移标度爱因斯坦半径实现宇宙学测试的潜力，结合强引力透镜和X射线质量估计。

提出的方法

• 利用Apache Point天文台、MDM、WIYN和哈勃空间望远镜等多台望远镜，开展了为期1000天的光学监测计划，追踪类星体像的变异性。
• 通过426个观测历元的光 light curves 交叉相关，测量A和B像之间的时间延迟。
• 构建了包含十一颗最亮星系团成员星系引起的偏转的透镜模型，以考虑亚结构效应。
• 利用时间延迟和像位置数据约束星系团的质量分布，并将模型预测与观测数据进行比较。
• 分析A和B像之间通量比的变化，以探测微引力透镜效应，假设时间延迟已校正光传播时间差异。
• 评估时间延迟与宇宙学模型的一致性，并评估未来X射线监测在改善质量分布比较方面的潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 SDSS J1004+4112的A和B像之间的真实时间延迟是多少？与忽略星系团成员星系的模型预测相比如何？
• RQ2 星系团成员星系引起的偏转如何影响透镜模型的准确性？为何标准模型无法再现观测到的时间延迟？
• RQ3 观测到的A和B像之间通量比的变异性在多大程度上是由微引力透镜效应引起，而非源本身的内在变异性或消光效应？
• RQ4 C和D像涉及的更长延迟的合理范围是什么？未来观测如何加以确认？
• RQ5 结合强引力透镜、X射线和光学监测数据，能否通过红移标度爱因斯坦半径精确检验宇宙学模型？

主要发现

• B和A像之间的时间延迟测量为Δt_BA = 38.4 ± 2.0天，B领先A，整体像序为C-B-A-D-E。
• 所有先前的系统模型均被证伪，因为它们忽略了星系团成员星系引起的偏转，这些偏转显著改变了时间延迟的预测结果。
• 包含十一颗最亮星系团成员星系的模型，能够以合理参数值同时拟合观测到的像位置和A/B时间延迟。
• C/B对的合理时间延迟为Δt_CB ≈ 681 ± 15天，尽管仍需确认；数据要求其延迟必须超过560天。
• 在A/B像中明确检测到微引力透镜效应，通量比从第一季的0.44 ± 0.01 mag降至第二季的0.29 ± 0.01 mag，第三季为0.32 ± 0.01 mag。
• 观测到的通量比变化与吸收变化本身不一致，强烈表明微引力透镜是导致发射线轮廓变异性的确凿证据。