[论文解读] Synergies between SALT and Herschel, Euclid & the SKA: strong gravitational lensing & galaxy evolution

S. Serjeant|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 35被引用 2

一句话总结

本文提出，南非大型望远镜（SALT）将在后续观测中发挥关键作用，针对由亚毫米波（赫歇尔）、光学（欧几勒得）和射电（SKA）巡天发现的强引力透镜现象。通过利用高红移星形成星系和HI发射星系中的放大效应偏倚，SALT能够高效测量透镜红移并研究暗物质晕，从而实现精确的宇宙学约束，并深入了解星系演化。预计欧几勒得巡天将发现1,000至3,000个可靠的透镜系统，SKA巡天则可能发现多达190,000个。

ABSTRACT

Gravitational lensing has seen a surge of interest in the past few years. The handful of strong lensing systems known in the year 2000 has now been replaced with hundreds, thanks to innovative multi-wavelength selection, and there is an imminent prospect of thousands of lenses from Herschel and other sub-millimetre surveys. Euclid and the Square Kilometre Array promise tens or even hundreds of thousands. Gravitational lensing is one of the very few probes capable of mapping dark matter halo distributions. Lensing also provides independent cosmological parameter estimates and enables the study of galaxy populations that are otherwise too faint for detailed study. SALT is extremely well placed to have an enormous impact with follow-up observations of foreground lenses and background sources from e.g. Herschel, the South Pole Telescope, the Atacama Cosmology Telescope, Euclid and the Square Kilometre Array. This paper reviews the prospects for high-impact SALT science and the many constraints of galaxy evolution that can result.

研究动机与目标

• 识别SALT与主要未来巡天（赫歇尔、欧几勒得、SKA）在强引力透镜领域的协同效应。
• 解决从高误报率的大规模巡天中筛选出具有代表性且可靠的透镜样本所面临的挑战。
• 证明SALT在利用放大效应偏倚发现的透镜背景源红移测定方面具有高度适用性。
• 通过高保真度的透镜后续观测，实现精确的宇宙学与星系演化约束。
• 量化利用放大效应偏倚从欧几勒得与SKA巡天中可探测到的强透镜系统数量。

提出的方法

• 利用亚毫米波（赫歇尔）、光学（欧几勒得）和射电（SKA）巡天中的放大效应偏倚，识别高红移强透镜星系。
• 应用Hα和帕邢α谱线作为欧几勒得宽视场巡天中透镜星系形成星系的示踪剂，实现红移测量。
• 利用HI质量函数预测SKA巡天中的透镜效率，假设在高质质量端存在放大效应偏倚。
• 采用弧状结构搜寻算法与公民科学项目（如Spacewarps）降低欧几勒得透镜候选样本中的误报率。
• 利用SALT的10米级口径及其位于南半球的地理位置，对透镜源进行光谱红移确认。
• 结合赫歇尔、欧几勒得与SKA的多波段数据，交叉识别透镜系统并提高样本可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 欧几勒得巡天利用Hα发射线选源法可可靠探测到多少个强引力透镜系统？其预期污染率是多少？
• RQ2 假设不同演化模型的HI质量函数，SKA巡天预计可探测到多少个强透镜系统？
• RQ3 亚毫米波与射电巡天中的放大效应偏倚能否提供具有代表性的透镜系统样本，以用于宇宙学参数估计？
• RQ4 SALT应如何最优地用于测定赫歇尔、欧几勒得与SKA发现的透镜背景源的红移？
• RQ5 通过SALT进行高保真度的透镜后续观测，可对暗物质晕分布与星系演化施加哪些约束？

主要发现

• 预计欧几勒得将探测到1,000至3,000个强透镜Hα发射星系，可靠性达97%–99%，具体取决于假设的最大放大因子（μmax = 10–30）。
• 若HI质量函数保持不变，SKA预计探测到5,800至14,000个可靠的强透镜系统；若其演化符合半分析模型预测，则最多可达190,000个。
• 亚毫米波与射电巡天中的放大效应偏倚可实现对透镜星系的独立发现，不受前景透镜性质影响，从而提升样本的完整性。
• SALT因其大口径与南半球地理位置，是进行透镜源光谱红移确认的最优选择。
• 透镜与多波段数据的结合可对宇宙学参数与暗物质晕分布实现独立约束。
• 预计欧几勒得与SKA的透镜样本将具有高度完整性和代表性，克服传统透镜搜寻方法的选样偏差。