[论文解读] Multi-wavelength study of the gravitational lens system RXS J113155.4-123155: I. Multi-epoch optical and near infrared imaging

Dominique Sluse, Jean-François Claeskens+7 more|ArXiv.org|Dec 19, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 53被引用 14

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜（HST）、欧洲南方天文台甚大望远镜（ESO VLT）和加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）的数据，对引力透镜系统RXS J1131-123155进行了多 epoch 光学与近红外成像，采用MCS反卷积方法分离类星体点源流量与其宿主星系的贡献，并精确测量流量变化。主要发现为：微引力透镜效应与包含八极矩项的复杂透镜势共同解释了异常的流量比，从而挑战了透镜星系中存在大质量次结构的必要性。

ABSTRACT

(abridged) Aims: RXS J113155.4-123155 (z=0.66) is a quadruply imaged lensed quasar with a resolved Einstein Ring. The goal of this paper is to provide a full characterization of this system, and more particularly accurate astrometry and photometry. Method: Visible and near-infrared imaging observations of RXS J113155.4-123155 were carried out at various epochs using several ground based telescopes and the HST. The frames have been deconvolved using the MCS algorithm. A Singular Isothermal Ellipsoid (SIE) + external shear has been used to model the lensing galaxy potential. Results: MCS deconvolution enables us to separate the flux of the QSO (point-like images) from that of its host galaxy and to accurately track the flux variations of the point-like images in various filters. The deconvolved frames unveil several multiply imaged structures in the Einstein ring and an unidentified object in the vicinity of the lensing galaxy. We discuss the lightcurves and the chromatic flux ratio variations and deduce that both intrinsic variability and microlensing took place during a span longer than one year. We demonstrate that microlensing may easily account for the so called anomalous flux ratios presented in the discovery paper. However, the observed flux ratios are still poorly reproduced when modeling the lens potential with a SIE+shear. We argue that this disagreement can hardly be explained by milli-lensing caused by substructures in the lensing galaxy. A solution proposed in Paper II consists in a more complex lens model including an octupole term to the lens gravitational potential.

研究动机与目标

• 为四重像类星体RXS J1131-123155提供精确的天体测量与测光数据，以实现精确的透镜建模。
• 探究爱因斯坦环系统中异常流量比的成因，特别是观测到的流量比与标准SIE+剪切模型预测之间的差异。
• 评估微引力透镜效应与类星体本征变异性在时间与波长上的流量比变化中的作用。
• 确定观测到的流量异常是由透镜星系中的次结构还是宏观透镜势中的高阶偶极矩项更好地解释。
• 确定在明亮爱因斯坦环叠加于点源像的情况下，测光精度的极限，该情况使点源像的流量测量复杂化。

提出的方法

• 利用HST、ESO VLT和CFHT望远镜在多个滤光片下获取多 epoch 光学与近红外成像。
• 应用MCS（最大曲率反卷积）算法对图像进行反卷积，保留测光信息，并实现点源与扩展源流量的分离。
• 采用奇异等温椭球（SIE）加外部剪切模型拟合透镜势，后续在第二篇论文中引入八极矩项进行扩展。
• 追踪四张类星体像在不同滤光片与时间（2002年11月至2004年4月）内的流量变化，以识别本征变异性与微引力透镜效应。
• 使用$R_{\rm{cusp}}$关系（Mao & Schneider, 1998）约束小尺度结构的存在，并评估其对流量比的影响。
• 量化由于叠加的爱因斯坦环导致的系统性测光误差，特别是在R波段，并评估接近光子噪声极限时的测光精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么原因导致四重像类星体RXS J1131-123155中出现偏离SIE+剪切模型预测的异常流量比？
• RQ2 在超过一年的时间跨度内，类星体本征变异性与微引力透镜效应在观测到的透镜像流量变化中分别占多大程度？
• RQ3 色指数流量比的变化是否可由差异性消光或微引力透镜效应解释？
• RQ4 观测到的流量比异常是更应由大质量次结构（如毫微引力透镜）解释，还是由宏观透镜势中的高阶偶极矩项解释？
• RQ5 当爱因斯坦环叠加于透镜类星体像上时，点源像可实现的测光精度是多少？

主要发现

• MCS反卷积方法首次实现了从光学到近红外波段对透镜类星体像的精确相对与绝对测光，B波段与V波段的测光精度接近光子噪声极限。
• 在图像A中检测到高达0.3 mag的流量变化，表明存在显著的类星体本征变异性与微引力透镜效应的共同作用。
• 色指数流量比的变化表明差异性消光较低，支持微引力透镜效应的存在，而非尘埃影响。
• 仅靠微引力透镜效应无法完全解释异常的流量比；在S1情景（鞍点像A的去放大）下，微引力透镜与观测一致；但在S2情景（B与C同时被放大）下，需大质量次结构才能放大A，而该情景概率较低。
• SIE+剪切模型无法良好拟合观测到的流量比，且次结构引起的毫微引力透镜效应也无法充分解释数据，尤其是在S1情景下。
• 在第二篇论文中引入的透镜势八极矩项（m=4）成功再现了观测到的流量比$I_{\rm{B}}/I_{\rm{C}}$与相对像位置，表明复杂宏观透镜势可能在不引入次结构的情况下解决该异常。