[论文解读] Biases in the Gravitational Lens Population Induced by Halo and Galaxy Triaxiality

Eduardo Rozo, Jacqueline Chen+1 more|ArXiv.org|Oct 9, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 5

一句话总结

本文研究了星系晕和星系的三轴性如何通过改变相对于视线方向的强引力透镜截面，从而对引力透镜群体产生偏倚。基于等温质量模型，研究发现四图像透镜倾向于沿中间轴或短轴对齐，而双图像透镜则沿长轴对齐，导致椭圆度分布存在显著差异；在95%置信水平下检测该效应需要约300个透镜，且晕的三轴性对亚结构质量分数估计的影响可忽略不计。

ABSTRACT

The lensing cross section of triaxial halos depends on the relative orientation between a halo's principal axes and its line of sight. Consequently, a lensing subsample of randomly oriented halos is not, in general,randomly oriented. Using an isothermal mass model for the lensing galaxies and their host halos, we show that the lensing subsample of halos that produces doubles is preferentially aligned along the lines of sight, whereas halos that produce quads tend to be projected along their middle axes. These preferred orientations result in different projected ellipticity distributions for quad, doubles, and random galaxies. We show that ~300 lens systems must be discovered to detect this effect at the 95% confidence level. We also investigate the importance of halo shape for predicting the quad-to-double ratio and find that the latter depends quite sensitively on the distribution of the short-to-long axis ratio, but is otherwise nearly independent of halo shape. Finally, we estimate the impact of the preferred orientation of lensing galaxies on their projected substructure mass fraction, and find that the observed alignment between the substructure distribution and the mass distribution of halos result in a negligible bias.

研究动机与目标

• 研究星系晕的三轴形状如何在引力透镜群体中引入选择偏倚。
• 量化由晕和星系三轴性驱动的优选取向如何影响观测到的透镜星系椭圆度分布。
• 确定在当前透镜巡天中检测这些取向诱导偏倚所需的样本大小。
• 评估晕三轴性对预测的四图像与双图像透镜比例及透镜星系中亚结构质量分数的影响。

提出的方法

• 使用等温质量分布对透镜星系及其宿主晕进行建模，以简化总物质密度分布。
• 计算透镜截面作为晕相对于视线方向取向的函数，同时考虑主轴方向的三轴性。
• 模拟随机晕取向，并识别哪些投影会产生双图像或四图像配置。
• 将透镜子样本（四图像、双图像）的投影椭圆度分布与随机星系群体进行比较，以检测偏倚。
• 独立于晕的整体形状，估算四图像与双图像比例对短轴与长轴比分布的依赖性。
• 通过假设亚结构与晕的长轴对齐，评估晕取向偏倚对预测亚结构质量分数的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 晕的三轴性如何影响透镜星系相对于视线方向的取向分布？
• RQ2 由于三轴性，四图像透镜、双图像透镜与随机星系之间的投影椭圆度分布预期有何差异？
• RQ3 需要多少个透镜系统才能在95%置信水平下检测到由晕三轴性引起的椭圆度偏倚？
• RQ4 预测的四图像与双图像透镜比例对短轴与长轴比分布的敏感程度如何？
• RQ5 由于三轴性导致的透镜星系优选取向，对推断的亚结构质量分数偏倚程度有多大？

主要发现

• 四图像透镜尤其在长椭球晕中，倾向于沿其中间轴或短轴投影，而双图像透镜则沿长轴对齐。
• 四图像透镜的椭圆度分布显著比随机星系更椭圆，而双图像透镜则略为更圆。
• 大约需要300个透镜系统才能在95%置信水平下检测到椭圆度偏倚，而5σ检测则需约1,400个系统。
• 四图像与双图像透镜比例强烈依赖于短轴与长轴比（q₂）的分布，但几乎与晕的形状参数T无关。
• 由于三轴性导致的透镜星系优选取向，对预测的平均亚结构质量分数引入的偏倚可忽略不计。
• 当前透镜样本中缺乏椭圆度差异的观测结果，与预测的偏倚过小、当前样本量不足以检测的结论一致。