[论文解读] COSMOGRAIL: the COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses II. SDSS J0924+0219: the redshift of the lensing galaxy, the quasar spectral variability and the Einstein rings

A. Eigenbrod, F. Courbin+7 more|ArXiv.org|Oct 21, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 29被引用 35

一句话总结

本研究测得SDSS J0924+0219的透镜红移为z = 0.394 ± 0.001，确认连续谱变化极小，但宽发射线存在显著光谱变化，并通过哈勃空间望远镜（HST）图像反卷积解析出两个爱因斯坦环。结合类星体图像天体测量与环形态的透镜模型揭示了纯环模型与纯天体测量模型之间存在强烈不一致，表明存在多极子亚结构及较大的时间延迟不确定性，使该系统成为通过时间延迟宇宙学方法测定H₀的理想目标。

ABSTRACT

(Abridged) We present our VLT/FORS1 deep spectroscopic observations of the gravitationally lensed quasar SDSS J0924+0219, as well as archival HST/NICMOS and ACS images of the same object. The two-epoch spectra, obtained in the Multi Object Spectroscopy (MOS) mode, allow for very accurate flux calibration, spatial deconvolution of the data, and provide the redshift of the lensing galaxy z=0.394 +/- 0.001. These spectra, taken 15 days apart, show only slight continuum variations, while the broad emission lines display obvious changes in the red wing of the Mg II line, in the Fe II bands, and in the central part of the C III] line. Even though variations in the line profiles are present, we do not see any significant differences between the continuum and emission line flux ratios of images A and B of the quasar. Spatial deconvolution of the HST images reveals a double Einstein ring. One ring corresponds to the lensed quasar host galaxy at z=1.524 and a second bluer one, is the image either of a star-forming region in the host galaxy, or of another unrelated lower redshift object. We find that a broad range of lens models gives a satisfactory fit to the data. However, they predict very different time delays, making SDSS J0924+0219 an object of particular interest for photometric monitoring. In addition, the lens models reconstructed using exclusively the constraints from the Einstein rings, or using exclusively the astrometry of the quasar images, are not compatible. This suggests that substructures play an important role in SDSS J0924+0219.

研究动机与目标

• 测量SDSS J0924+0219中透镜星系的红移，以实现精确的时间延迟宇宙学测量。
• 评估类星体图像A与B在连续谱和宽发射线波段的光谱变异性，以探测微引力透镜效应或源结构特征。
• 利用深空HST/NICMOS与ACS成像，解析爱因斯坦环并约束透镜质量分布。
• 调和基于类星体图像位置与基于爱因斯坦环形态的透镜模型之间的差异。
• 量化外部剪切与多极子亚结构对时间延迟预测的影响，以用于H₀估算。

提出的方法

• 获取了覆盖4450–8650 Å波段、分辨率R=300的VLT/FORS1多目标光谱（MOS）数据，获得通量校准、空间反卷积的透镜星系与类星体图像A、B的光谱。
• 应用光谱反卷积技术，分离透镜星系与类星体图像的光度贡献，最大限度减少相互污染。
• 利用MCS算法对档案中的HST/ACS与NICMOS图像进行反卷积，揭示出两个爱因斯坦环的存在。
• 基于类星体图像的天体测量与爱因斯坦环的详细形状，重建透镜质量分布，并比较不同建模方法的结果。
• 采用平滑透镜模型（如LENSMODEL）与半线性反演技术，测试外部剪切与奇异等温球体（SIS）扰动器的影响。
• 通过比较模型预测的时间延迟与位置角与实测数据的一致性，评估模型一致性，识别出指示亚结构存在的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 SDSS J0924+0219中透镜星系的红移是多少？其测量精度如何？
• RQ2 在15天的时间基线上，类星体图像A与B的通量比与光谱特性如何变化？这对其微引力透镜效应或源结构有何启示？
• RQ3 在HST图像中解析出的两个爱因斯坦环的起源与红移是什么？它们如何约束透镜质量分布？
• RQ4 为何仅基于爱因斯坦环形态的透镜模型无法重现观测到的类星体图像位置？这对其质量分布有何含义？
• RQ5 在不同透镜模型下，SDSS J0924+0219的时间延迟预测范围是多少？其对外部剪切与透镜椭率假设的敏感性如何？

主要发现

• SDSS J0924+0219中透镜星系的红移为z_lens = 0.394 ± 0.001，该结果基于VLT/FORS1光谱中大量恒星吸收线测得。
• 类星体图像A与B的通量比在F_A/F_B = 2.80 ± 0.05（1月14日）与2.86 ± 0.05（2月1日）之间保持一致，且15天内连续谱无显著变化。
• 在C III]、Mg II与Fe II发射线中观测到显著且不对称的变化，表明发射线区结构存在变化或存在微引力透镜效应。
• 一个爱因斯坦环对应于类星体宿主星系的透镜成像，红移z_source = 1.524；另一个更偏蓝的环可能与宿主星系中的恒星形成区或低红移无关天体有关。
• 仅基于爱因斯坦环形态的模型无法重现观测到的类星体图像位置，反之亦然，表明多极子类亚结构对一致透镜建模至关重要。
• 不同模型预测的时间延迟范围广泛，且对外部剪切与透镜位置角敏感，凸显该系统的复杂性及其在H₀测定中的重要性。