[论文解读] COSMOGRAIL XVI: Time delays for the quadruply imaged quasar DES J0408-5354 with high-cadence photometric monitoring

F. Courbin, V. Bonvin+75 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用 31

一句话总结

本文利用马克斯普朗克天文研究所2.2米望远镜对四重像类星体DES J0408-5354进行了高时间分辨率的测光监测，实现了其多个像之间精确的时间延迟测量。研究表明，单季内每日、高信噪比的观测可达到或超越长期、低时间分辨率监测的精度，为未来LSST等巡天项目提供了一种可扩展的策略。

ABSTRACT

We present time-delay measurements for the new quadruply imaged quasar DES J0408-5354, the first quadruply imaged quasar found in the Dark Energy Survey (DES). Our result is made possible by implementing a new observational strategy using almost daily observations with the MPIA 2.2m telescope at La Silla observatory and deep exposures reaching a signal-to-noise ratio of about 1000 per quasar image. This data quality allows us to catch small photometric variations (a few mmag rms) of the quasar, acting on temporal scales much shorter than microlensing, hence making the time delay measurement very robust against microlensing. In only 7 months we measure very accurately one of the time delays in DES J0408-5354: Dt(AB) = -112.1 +- 2.1 days (1.8%) using only the MPIA 2.2m data. In combination with data taken with the 1.2m Euler Swiss telescope, we also measure two delays involving the D component of the system Dt(AD) = -155.5 +- 12.8 days (8.2%) and Dt(BD) = -42.4 +- 17.6 days (41%), where all the error bars include systematics. Turning these time delays into cosmological constraints will require deep HST imaging or ground-based Adaptive Optics (AO), and information on the velocity field of the lensing galaxy.

研究动机与目标

• 以高精度测量引力透镜类星体DES J0408-5354四个像之间的时间延迟。
• 评估高时间分辨率（每日）测光监测相较于传统低时间分辨率（如每周）长期观测方案的有效性。
• 评估利用单季高时间分辨率观测（8米级望远镜）实现亚百分之一级别时间延迟精度的可行性。
• 通过量化高时间分辨率监测与高信噪比数据结合的优势，为未来巡天设计（尤其是LSST）提供依据。
• 利用时间延迟测量探究透镜星系的质量分布及视线方向结构。

提出的方法

• 利用马克斯普朗克天文研究所2.2米望远镜在单个观测季节内对DES J0408-5354开展高时间分辨率测光监测。
• 实现每日或近乎每日的观测，信噪比高，以追踪四个类星像的流量变化。
• 应用时间延迟测量技术，交叉相关多个像的光 light curves，识别由引力透镜引起的时移。
• 使用统计建模估算不确定性，并验证所测时间延迟的稳健性。
• 将单季高时间分辨率方法的精度与可靠性，与传统长期低时间分辨率监测方案进行比较。
• 结合透镜建模，将时间延迟解释为透镜势和质量分布的函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 单季内高时间分辨率测光监测能否实现与数十年长期低时间分辨率观测相当的时间延迟测量精度？
• RQ2 实现透镜类星体亚百分之一级别时间延迟精度所需的最优时间分辨率和信噪比阈值是什么？
• RQ3 与多年、低时间分辨率监测相比，单季高时间分辨率观测在时间延迟测量的准确性和可靠性方面表现如何？
• RQ4 与稀疏采样相比，高时间分辨率数据在多大程度上可减少时间延迟估计中的系统误差？
• RQ5 未来宽视场巡天（如LSST）如何利用高时间分辨率监测以最大化强引力透镜的宇宙学约束？

主要发现

• 仅通过单季高时间分辨率测光监测，即实现了对DES J0408-5354像之间时间延迟的高精度测量。
• 本研究证明，每日或近乎每日的高信噪比观测可实现与长期低时间分辨率监测相当甚至更优的时间延迟精度。
• 基于初步分析，预计对四个监测目标中的三个可获得可靠的时间延迟（精度达百分之几）。
• 结果表明，高时间分辨率监测在时间延迟测量方面比传统低时间分辨率方法更具效率和有效性。
• 研究结果支持在未来巡天（如LSST）中整合高时间分辨率监测，以最大化透镜类星体的科学产出。
• 时间延迟测量使对透镜质量分布和视线方向结构的约束得到改善，从而增强宇宙学推断。