[论文解读] Gaia GraL II - Gaia DR2 Gravitational Lens Systems: The Known Multiply Imaged Quasars

C. Ducourant, O. Wertz+13 more|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|May 18, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 23被引用 11

一句话总结

本文从Gaia DR2星表中识别并分析了200个已知的多重像类星体，检测到478个已知系统中的至少一个像，其中12个四重像类星体系统被完整检测。利用Gaia的亚毫角秒天体测量数据，该研究显著改善了透镜模型参数的约束，特别是源和透镜体相对位置的约束，且相比哈勃空间望远镜（HST）数据，参数相关性更低，凸显了Gaia在强引力透镜研究中的变革性潜力。

ABSTRACT

Thanks to its spatial resolution the ESA/Gaia space mission offers a unique opportunity to discover new multiply-imaged quasars and to study the already known lensed systems at sub-milliarcsecond astrometric precisions. In this paper, we address the detection of the known multiply-imaged quasars from the Gaia Data Release 2 and determine the astrometric and photometric properties of the individually detected images found in the Gaia DR2 catalogue. We have compiled an exhaustive list of quasar gravitational lenses from the literature to search for counterparts in the Gaia Data Release 2. We then analyze the astrometric and photometric properties of these Gaia's detections. To highlight the tremendous potential of Gaia at the sub-milliarcsecond level we finally perform a simple Bayesian modeling of the well-known gravitational lens system HE0435-1223, using Gaia Data Release 2 and HST astrometry. From 478 known multiply imaged quasars, 200 have at least one image found in the Gaia Data Release 2. Among the 41 known quadruply-imaged quasars of the list, 26 have at least one image in the Gaia Data Release 2, 12 of which are fully detected, 6 have three counterparts, 7 have two and 1 has only one. As expected, the modeling of HE0435-1223 shows that the model parameters are significantly better constrained when using Gaia astrometry compared to HST astrometry, in particular the relative positions of the background quasar source and the centroid of the deflector. The Gaia sub-milliarcsecond astrometry also significantly reduces the parameter correlations. Besides providing an up-to-date list of multiply imaged quasars and their detection in the Gaia DR2, this paper shows that more complex modeling scenarios will certainly benefit from Gaia sub-milliarcsecond astrometry.

研究动机与目标

• 整理一份已知多重像类星体的全面清单，并评估其在Gaia DR2中的可检测性。
• 确定已知透镜类星体在Gaia DR2中单独检测到的像的天体测量和测光特性。
• 评估Gaia的亚毫角秒天体测量对强引力透镜建模参数约束的改进效果，相比哈勃空间望远镜（HST）数据。
• 展示未来Gaia数据发布对推进强引力透镜研究的潜力。
• 提供一个公开可访问、最新更新的已知透镜类星体目录，包含Gaia DR2的检测状态以及天体测量/测光数据。

提出的方法

• 从文献中整理出478个已知或候选的多重像类星体的完整清单。
• 将该清单与Gaia DR2天体测量星表进行交叉匹配，以识别对应天体。
• 分析Gaia DR2中所有检测到的像的天体测量和测光特性。
• 使用Gaia DR2和HST天体测量数据对著名透镜系统HE0435-1223进行贝叶斯建模。
• 比较Gaia DR2与HST数据在模型参数约束和相关性方面的差异，以量化性能提升。
• 采用NSIEg透镜模型评估源位置和透镜体质心位置估计的精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 从文献中已知的多重像类星体中，有多少个在Gaia DR2中被检测到？
• RQ2 已知透镜类星体在Gaia DR2中检测到的像的天体测量和测光质量如何？
• RQ3 与HST天体测量相比，Gaia DR2的亚毫角秒天体测量在多大程度上改善了透镜模型参数的约束？
• RQ4 使用Gaia DR2数据而非HST数据时，透镜模型中的参数相关性如何变化？
• RQ5 已知四重像类星体中有多少比例在Gaia DR2中被完整检测？未来Gaia数据发布版本预计会带来多大程度的改进？

主要发现

• 在478个已知或候选的多重像类星体中，有200个至少有一个像在Gaia DR2中被检测到。
• 在41个已知的四重像类星体中，有26个至少有一个像在Gaia DR2中被检测到，其中12个被完整检测（四个像全部存在）。
• 对HE0435-1223系统的贝叶斯建模显示，Gaia DR2天体测量显著改善了类星体源与透镜体质心之间相对位置的约束。
• 与HST天体测量相比，Gaia DR2天体测量降低了透镜模型中的参数相关性，从而得到更稳健和精确的解。
• 本研究证明，对于透镜类星体，Gaia DR2的天体测量精度相比典型的HST观测提高了近一个数量级。
• 结果表明，未来Gaia数据发布版本（DR3和DR4）将因空间分辨率和数据质量的提升，进一步增强对透镜类星体的检测与表征能力。