[论文解读] Gaia GraL: Gaia DR2 Gravitational Lens Systems. V. Doubly-imaged QSOs discovered from entropy and wavelets

A. Krone-Martins, M. J. Graham+23 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 7被引用 13

一句话总结

本文提出一种新方法，利用卡塔利纳巡天的低分辨率测光时间序列数据，结合Pan-STARRS与DECaLS数据的基于小波的图像分析，以及Gaia DR2的天体测量异常，来发现双重像 quasars（QSOs）。该方法识别出7个新的双重像类星体和1个可能的双类星体，证明了未分辨的空间天体测量数据与时域数据可有效检测强引力透镜，而无需依赖高分辨率成像。

ABSTRACT

The discovery of multiply-imaged gravitationally lensed QSOs is fundamental to many astronomical and cosmological studies. However, these objects are rare and challenging to discover due to requirements of high-angular resolution astrometric, multiwavelength photometric and spectroscopic data. This has limited the number of known systems to a few hundred objects. We aim to reduce the constraints on angular resolution and discover multiply-imaged QSO candidates by using new candidate selection principles based on unresolved photometric time-series and ground-based images from public surveys. We selected candidates for multiply-imaged QSOs based on low levels of entropy computed from Catalina unresolved photometric time-series or Euclidean similarity to known lenses in a space defined by the wavelet power spectra of Pan-STARSS DR2 or DECaLS DR7 images, combined with multiple {\it Gaia} DR2 sources or large astrometric errors and supervised and unsupervised learning methods. We then confirmed spectroscopically some candidates with the Palomar Hale, Keck-I, and ESO/NTT telescopes. Here we report the discovery and confirmation of seven doubly-imaged QSOs and one likely double quasar. This demonstrates the potential of combining space-astrometry, even if unresolved, with low spatial-resolution photometric time-series and/or low-spatial resolution multi-band imaging to discover multiply-imaged lensed QSOs.

研究动机与目标

• 克服在发现多重像类星体时对高角分辨率的依赖。
• 通过利用时域测光和低分辨率多波段成像，减少对高分辨率成像和光谱学的依赖。
• 开发并验证基于光 light 曲线熵和与已知透镜相似性的新选择标准。
• 证明仅使用Gaia DR2的未分辨天体测量数据和公开巡天图像，即可实现强引力透镜的有效检测。
• 利用数据驱动、可扩展的方法，扩大已知的双重像类星体样本，适用于未来的LSST和Gaia数据发布。

提出的方法

• 从卡塔利纳巡天的未分辨测光光 light 曲线中计算熵，以识别具有透镜样行为的变星源。
• 从Pan-STARRS DR2和DECaLS DR7图像中提取小波功率谱，以量化与已知透镜系统的形态相似性。
• 基于光 light 曲线中低熵、与已知透镜的高小波相似性，以及多个Gaia DR2源或大天体测量误差，选择候选体。
• 应用监督和无监督的机器学习技术，以优化候选体选择并优先排序目标。
• 使用帕洛玛海尔望远镜、凯克I望远镜和ESO/NTT望远镜进行光谱后续观测，以确认透镜类星体。
• 该方法将空间天体测量（Gaia DR2）与地面时域和成像巡天相结合，实现在无需高分辨率成像的情况下检测透镜。

实验结果

研究问题

• RQ1 未分辨的时间序列数据的低熵测光光 light 曲线能否有效识别潜在的透镜类星体？
• RQ2 基于小波的低分辨率巡天图像分析在多大程度上能检测到与已知引力透镜系统的形态相似性？
• RQ3 当与测光和成像数据结合时，Gaia DR2天体测量异常（如大误差或多个源）能否作为透镜类星体的有效指标？
• RQ4 熵、小波相似性和天体测量特征的组合在减少透镜候选体中的假阳性方面有多有效？
• RQ5 该方法能否在不依赖高分辨率成像或透镜几何先验知识的情况下发现新的双重像类星体？

主要发现

• 通过该方法，使用光谱观测确认了7个新的双重像类星体，显著扩展了此类系统的已知样本。
• 另发现1个候选体为可能的双类星体，进一步验证了该方法对透镜类星体的敏感性。
• 该方法仅使用未分辨的测光时间序列和低空间分辨率成像，成功检测到透镜类星体，无需高分辨率数据。
• 光 light 曲线中低熵与已知透镜的高小波相似性相结合，有效区分了真实透镜候选体与假阳性。
• 利用Gaia DR2天体测量异常（如多个源或大误差）显著提升了候选体优先排序效果，尤其在结合时域和成像特征时。
• 该方法在未来的大型巡天（如LSST）和即将发布的Gaia数据中具有强大应用潜力，可实现可扩展、数据驱动的透镜发现。