[论文解读] Gravitational lensing statistics with extragalactic surveys. II. Analysis of the Jodrell Bank-VLA Astrometric Survey

Phillip Helbig, D. R. Marlow+4 more|Research Explorer (The University of Manchester)|Apr 13, 1999

Radio Astronomy Observations and Technology被引用 25

一句话总结

本文分析了杰弗里斯银行-甚大阵列天体测量巡天（JVAS）的引力透镜统计，该巡天是针对谱指数平坦的射电源的大规模射电巡天，旨在约束宇宙学常数 Λ₀。利用透镜几何与红移分布，推导出在平坦宇宙中 Λ₀ 的 95% 置信区间为 −0.85 至 0.84，与光学巡天结果一致，表明尽管射电透镜巡天的中值源红移较低且源红移分布存在系统性不确定性，其仍能提供可靠的宇宙学约束。

ABSTRACT

We present constraints on the cosmological constant $λ_{0}$ from gravitational lensing statistics of the Jodrell Bank-VLA Astrometric Survey (JVAS). Although this is the largest gravitational lens survey which has been analysed, cosmological constraints are only comparable to those from optical surveys. This is due to the fact that the median source redshifts of JVAS are lower, which leads to both relatively fewer lenses in the survey and a weaker dependence on the cosmological parameters. Although more approximations have to be made than is the case for optical surveys, the consistency of the results with those from optical gravitational lens surveys and other cosmological tests indicate that this is not a major source of uncertainty in the results. However, joint constraints from a combination of radio and optical data are much tighter. Thus, a similar analysis of the much larger Cosmic Lens All-Sky Survey should provide even tighter constraints on the cosmological constant, especially when combined with data from optical lens surveys. At 95% confidence, our lower and upper limits on $λ_{0}-Ω_{0}$, using the JVAS lensing statistics information alone, are respectively -2.69 and 0.68. For a flat universe, these correspond to lower and upper limits on λ_{0} of respectively -0.85 and 0.84. Using the combination of JVAS lensing statistics and lensing statistics from the literature as discussed in Quast & Helbig (Paper I) the corresponding $λ_{0}-Ω_{0}$ values are -1.78 and 0.27. For a flat universe, these correspond to lower and upper limits on $λ_{0}$ of respectively -0.39 and 0.64.

研究动机与目标

• 利用杰弗里斯银行-甚大阵列天体测量巡天（JVAS）的引力透镜统计推导宇宙学常数 Λ₀ 的宇宙学约束。
• 评估基于射电的透镜统计与光学巡天相比的可靠性及系统性不确定性。
• 评估较低的中值源红移以及对通量密度依赖的红移分布知识不完整对宇宙学约束的影响。
• 探讨未来更大规模巡天（如宇宙透镜全天空巡天，CLASS）与光学数据结合时，对 Λ₀ 约束的潜在改进潜力。

提出的方法

• 应用论文 I（Quast & Helbig 1999）中的形式化方法分析 JVAS 透镜数据，利用源红红移与图像分离距离建模透镜概率。
• 采用透镜光学深度形式化方法，其依赖于透镜截面与背景源的红移分布。
• 采用贝叶斯框架计算在 Λ₀−Ω₀ 参数空间上的似然函数，整合观测数据与理论模型。
• 将 JVAS 结果与以往光学巡天的透镜统计相结合，以改善约束，降低统计与系统性不确定性。
• 考虑系统效应，如光学巡天中的消光偏差，以及射电巡天中未透镜源红移分布的不确定性。
• 通过与其他宇宙学检验比较并评估不同数据集之间的一致性，验证结果的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅基于 JVAS 引力透镜巡天，可对宇宙学常数 Λ₀ 得出何种约束？
• RQ2 射电透镜巡天与光学巡天的宇宙学约束有何异同？造成任何差异的原因是什么？
• RQ3 系统性不确定性（特别是未透镜射电源红移分布的不确定性）在多大程度上影响所推导出的 Λ₀ 限制？
• RQ4 结合射电与光学透镜巡天的联合约束，相较于单一巡天，对 Λ₀ 估计的精度提升程度如何？
• RQ5 当与 JVAS 和光学数据结合时，未来更大规模巡天（如宇宙透镜全天空巡天，CLASS）预计在宇宙学约束方面能实现多大程度的改进？

主要发现

• 仅使用 JVAS 透镜统计，Λ₀−Ω₀ 的 95% 置信区间为 −2.69 至 0.68，对应于平坦宇宙中 Λ₀ 的限制为 −0.85 至 0.84。
• 与文献中光学透镜数据结合后，Λ₀−Ω₀ 的 95% 置信区间收紧至 −1.78 至 0.27，对应于平坦宇宙中 Λ₀ 的限制为 −0.39 至 0.64。
• JVAS 的结果与光学巡天及其他宇宙学检验结果一致，表明系统误差并非主导因素。
• 射电巡天（如 JVAS）倾向于给出高于光学巡天的 Λ₀ 估计值，但这一差异可预期，源于光学数据中因消光与分辨率效应导致的透镜系统可能被低估。
• 射电与光学透镜结果的一致性表明，两种方法均受相似且可管理的系统误差影响，支持透镜统计作为宇宙学探针的可靠性。
• 未来巡天（如 CLASS）将涵盖 JVAS 并具备更完善的源红移知识，与光学数据结合后，预计能对 Λ₀ 提供显著更紧的约束。