[论文解读] Multi wavelength study of the gravitational lens system RXS J1131-1231: II Lens model and source reconstruction

Jean-François Claeskens, Dominique Sluse+2 more|ArXiv.org|Feb 14, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 84被引用 36

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜ACS和NICMOS数据，对RXS J1131-1231引力透镜系统进行了高分辨率透镜建模与源面重建。结果表明，具有外部剪切和额外$m=4$八极矩分量的奇异等温椭球模型最符合天体测量和流量比数据，揭示了一个高度放大（M ~ 9）且明亮的Seyfert 1型螺旋星系宿主，其不规则的紫外发射表明存在强烈的恒星形成活动，而延伸的透镜化结构对透镜模型的约束有限。

ABSTRACT

High angular resolution images of the complex gravitational lens system RXS J1131-1231 (a quadruply imaged AGN with a bright Einstein ring) obtained with the Advanced Camera for Surveys and NICMOS instruments onboard the Hubble Space Telescope are analysed to determine the lens model and to reconstruct the host galaxy. Results: 1- Precise astrometry and photometry of the four QSO lensed images (A-D) and of the lensing galaxy (G) are obtained. They are found in agreement with an independent study presented in a companion paper. The position and colours of the X object seen in projection close to the lens are found to be only compatible with a satellite galaxy associated with the lens. 2- The Singular Isothermal Ellipsoid plus external shear provides a good fit of the astrometry of images A-D. The positions of extended substructures are also well reproduced. However an octupole (m=4) must be added to the lens potential in order to reproduce the observed lens position, as well as the IB/IC point-like image flux ratio. The ellipticity and orientation of the mass quadrupole are found similar to those of the light distribution, fitted by a Sersic profile. The lens (z=0.295) is found to be a massive elliptical in a rich environment and showing possible evolution with respect to z=0. 3- The host galaxy (z=0.658) is found to be a substantially magnified (M ~ 9) luminous Seyfert 1 spiral galaxy. The angular resolution is sufficient to see regions where stars are intensively forming. Interaction with a closeby companion is also observed. 4- Finally, in the case of RXS J1131-1231, extended lensed structures do not help much in constraining the lens model.

研究动机与目标

• 利用高空间分辨率的哈勃空间望远镜成像，为复杂的引力透镜系统RXS J1131-1231开发精确的透镜模型。
• 通过非参数化反向射线追踪技术，重建源平面上透镜化类星体宿主星系的形态。
• 探究延伸的透镜化结构是否能改善对透镜势的约束并打破透镜模型中的退化问题。
• 评估环境效应（如外部剪切和附近伴星系）在塑造透镜配置中的作用。
• 确定透镜化宿主星系的物理属性，包括其光度、形态及恒星形成活动。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜先进巡天相机（ACS）和NICMOS仪器的数据，获取F555W、F814W和F160W波段的高角分辨率图像。
• 采用非参数化透镜重建技术，通过反向射线追踪恢复类星体宿主星系在源平面的光度分布。
• 利用四个点状像（A–D）、透镜星系（G）以及爱因斯坦环内延伸亚结构的相对天体测量位置，对透镜模型进行约束。
• 以基于奇异等温椭球加外部剪切的基准模型为基础，通过引入更高阶的$m=4$八极矩分量，以拟合观测到的天体测量偏移和异常流量比，进而优化模型。
• 对所有组分（包括X-对象）进行测光和天体测量测量，以评估其本质及其对透镜模型的影响。
• 将透镜星系的质量-光度比和结构参数与基本平面及本地椭圆星系进行比较，以评估其演化趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 爱因斯坦环中的延伸透镜化结构是否能显著改善对透镜势的约束，并打破透镜模型中的退化？
• RQ2 透镜化类星体像中异常流量比$I_{\rm B}/I_{\rm C}$的物理起源是什么？它是否能由巨模型亚结构解释，而非微引力透镜效应？
• RQ3 在源平面重建中，高红移类星体宿主星系的真实形态和本征光度是什么？
• RQ4 投影在透镜附近的X-对象是否为真实的伴星系，还是虚假特征？它是否影响透镜模型？
• RQ5 透镜星系的结构和测光属性在多大程度上表明其与本地椭圆星系的演化关系？

主要发现

• 为调和观测与预测的天体测量位置，模型必须引入$m=4$八极矩分量，解决了0.04"的偏差（显著性达14σ），并同时解释了异常的$I_{\rm B}/I_{\rm C}$流量比。
• 宿主星系被重建为一个光度高、具有放大因子约$M \sim 9$的Seyfert 1型螺旋星系，其不规则的紫外发射表明存在强烈的恒星形成活动。
• X-对象被识别为透镜星系的可能伴星系，但其对透镜模型的影响可忽略不计，既非第五个透镜像，也非宿主星系的亚结构。
• 红移$z=0.295$的透镜星系为一个位于丰富环境中的大质量椭圆星系，其rest-frame颜色和M/L比与本地椭圆星系一致，表明其演化趋势微弱。
• 尽管空间分辨率很高，延伸的透镜化结构（如弧和弧状体）对透镜模型的额外约束仍有限，凸显了对稳健天体测量数据的需求。
• F814W波段的残差表明可能存在过往相互作用或亚结构效应，尽管未检测到尘埃，该问题可能与系统误差或环境影响有关。