[论文解读] Gravitationally Lensed Arc Statistics as a Cosmological Probe

Asantha Cooray|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 1998

Astronomy and Astrophysical Research被引用 1

一句话总结

本文利用前景星系团作为透镜，建模了全天范围内引力透镜效应导致的光学、射电及亚毫米波源的预期数量，同时考虑了源和透镜的红移演化。结果表明，在Ω=0.3、Λ=0.7的平坦宇宙学模型下，预计可探测到约1,500个放大因子大于2、通量密度大于10 μJy的射电透镜源，以及约30,000个850 μm波段的亚毫米波透镜源，与现有观测调查结果一致，对未来的Planck等巡天项目具有重要参考价值。

ABSTRACT

We calculate the expected number of gravitationally lensed optical, radio and sub-mm lensed sources on the whole sky due to foreground galaxy clusters for different cosmological models. We improve previous calculations of lensed arc statistics by including redshift information for background sources and accounting for the redshift evolution of the foreground lensing clusters. The background sources are described based on the redshift and optical magnitude or flux distribution for sources in the Hubble Deep Field (HDF). Using the HDF luminosity function, we also account for the magnification bias in magnitude-limited observational programs to find lensed optical arcs. Based on the results from optical arc surveys, we find that the observed number of arcs can easily be explained in a flat universe with low values for cosmological mass density of the universe. At radio wavelengths (1.4 GHz), we predict \sim 1500 lensed radio sources with flux densities greater than 10 muJy, and with amplifications due to lensing greater than 2, in a flat cosmology with Omega=0.3 and Lambda=0.7. At sub-mm wavelengths (850 mum), the number of lensed sources expected towards the same foreground lens population and cosmology is \sim 3 x 10^4. We briefly consider the possibility of using the South Pole 10-m sub-mm telescope and the Planck surveyor to identify lensed sub-mm sources. A catalog of around 100 gravitationally lensed sources at 353 GHz may be a useful by-product of Planck. (Abridged)

研究动机与目标

• 利用前景星系团作为透镜，预测全天范围内引力透镜源的数量。
• 通过引入透镜星系团与背景源的红移演化，改进以往的弧统计方法。
• 利用哈勃深空场的光度函数，对星等受限巡天中的放大因子效应进行校正。
• 评估在不同宇宙学模型下，射电与亚毫米波波段透镜源的可探测性。
• 评估未来巡天（如Planck、南极望远镜）识别亚毫米波透镜源的潜力。

提出的方法

• 利用哈勃深空场光度函数，建模背景光学源的红移与星等分布。
• 引入前景星系团的红移演化，以提高引力透镜截面的估计精度。
• 对星等受限的观测项目应用放大因子校正，以预测可探测的弧源数量。
• 基于不同Ω与Λ的宇宙学模型，计算1.4 GHz与850 μm波段的透镜源数量。
• 基于通量密度阈值与增益因子，估算可探测的透镜源群体。
• 评估利用南极10米亚毫米波望远镜与Planck巡天仪识别亚毫米波透镜源的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在ΩM较低的平坦宇宙中，预期会有多少引力透镜光学弧？
• RQ2 在Ω=0.3、Λ=0.7的宇宙学模型下，预期有多少个通量密度大于10 μJy且放大因子大于2的射电透镜源？
• RQ3 在同一宇宙学模型下，对相同透镜星系团场，预期有多少个850 μm波段的亚毫米波透镜源？
• RQ4 未来的亚毫米波巡天（如Planck或南极望远镜）能否探测到大量透镜源？
• RQ5 放大因子效应对星等受限巡天中观测到的透镜弧数量有多大影响？

主要发现

• 在Ω=0.3、Λ=0.7的平坦宇宙学模型下，全天范围内预计可探测到约1,500个通量密度大于10 μJy且放大因子大于2的射电透镜源。
• 在亚毫米波段（850 μm），该模型预测在相同透镜星系团场中可探测到约30,000个透镜源。
• 观测巡天中光学弧的数量可被一个物质密度较低（ΩM ≈ 0.3）的平坦宇宙模型一致解释。
• 南极10米亚毫米波望远镜与Planck巡天仪预计将作为副产品探测到约100个353 GHz波段的引力透镜源。
• 与早期模型相比，同时考虑透镜与源的红移演化，显著提升了透镜源数量预测的准确性。
• 通过哈勃深空场光度函数引入放大因子效应，显著增强了星等受限巡天中光学弧数量预测的真实性。