DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stag023
تاريخ النشر: 2026-01-07
المؤلف: О. Бурхонов وآخرون
الموضوع الرئيسي: المجرات: التكوين، التطور، الظواهر
نظرة عامة
في هذه الدراسة، نبلغ عن نتائج من حملة مراقبة استمرت سبع سنوات (2018-2024) لنظام الكوازار الذي تم عدسه جاذبيًا PS J2305+3714، باستخدام تلسكوب مايدانك بقطر 1.5 متر في نطاق الضوء R. تكشف تحليلاتنا أن سعة التغير المحتمل في العدسة الدقيقة تبقى أقل من 10 مماغ على مدار فترة السبع سنوات. كما نحدد تأخيرًا زمنيًا قدره \( t_{AB} = 52.2 \pm 2.5 \) يومًا، مع الصورة الأكثر سطوعًا A تتقدم. وقد حسنت الملاحظات الطيفية باستخدام WHT/ISIS ذات الشق الطويل من انزياح الكوازار الأحمر إلى \( z_s = 1.791 \) وقدمت القياس الأول لانزياح العدسة عند \( z_d = 0.473 \).
نسب التدفق لصورة الكوازار في خط انبعاث MgII \( \lambda 2800 \) والاستمرارية المجاورة متطابقة تقريبًا، مما يشير إلى تأثيرات عدسة دقيقة ضئيلة في المجال الطيفي، وهو ما يتماشى مع إشارة العدسة الدقيقة الضعيفة التي لوحظت في المجال الزمني. من خلال استخدام قياسات فلكية دقيقة من تصوير تلسكوب هابل الفضائي (HST) جنبًا إلى جنب مع نسبة تدفق MgII، قمنا ببناء نموذجين بسيطين للكتلة لنظام العدسة. إن التوافق الوثيق بين التأخير الزمني المقاس والتوقعات من هذه النماذج الكتلية، جنبًا إلى جنب مع الانزياحات المقاسة وعلم الكونيات المتوافق \(\Lambda\)CDM، يعزز موثوقية نتائجنا ويضع PS J2305+3714 كمرشح مهم لدراسات علم الكونيات بتأخير الزمن في المستقبل.
مقدمة
تناقش المقدمة استخدام الكوازارات التي تم عدسها جاذبيًا كطريقة لقياس ثابت هابل، وهو مفهوم اقترحه ريفسدال في عام 1964 وتطور مؤخرًا إلى تقنية تعرف باسم “علم الكونيات بتأخير الزمن.” تتيح هذه الطريقة استخراج قيود كونية من كوازارات عدسة فردية، على الرغم من أن تحليلًا قويًا يتطلب عينة أكبر. حققت الدراسات السابقة، مثل دراسة وونغ وآخرون (2020)، دقة قدرها 2.4% في قياس ثابت هابل باستخدام مجموعة من ستة كوازارات عدسة. من المتوقع أن يؤدي الزيادة المرتقبة في عدد الكوازارات العدسية المؤكدة من المسوحات الفلكية القادمة، بما في ذلك مسح فيرا سي. روبين لوراثة الفضاء والزمن (LSST)، إلى تعزيز دقة هذه القياسات.
تسلط المقدمة أيضًا الضوء على التحديات المرتبطة بقياسات تأخير الزمن، مما يبرز الحاجة إلى قياسات دقيقة للتأخير النسبي بين صور الكوازار ضمن 5% للحفاظ على ميزانيات خطأ كونية تنافسية. وقد أشار تحدي تأخير الزمن القوي إلى أنه بمجرد تحقيق هذه الدقة، تنشأ الشكوك بشكل أساسي من نظاميات نموذج العدسة بدلاً من أخطاء التوقيت. تقدم الورقة نتائج المراقبة الضوئية طويلة الأمد لنظام الكوازار العدسي PS J2305+3714، موضحة بناء منحنيات الضوء وقياسات تأخير الزمن، جنبًا إلى جنب مع إعادة معالجة الملاحظات الطيفية لتحديد انزياح المجرة العدسية وتحليل بيانات تصوير تلسكوب هابل الفضائي (HST) للحصول على معلمات فلكية دقيقة.
نقاش
في هذه الدراسة، أجرينا حملة مراقبة شاملة استمرت سبع سنوات لنظام الكوازار المزدوج العدسي PS J2305+3714 باستخدام تلسكوب مايدانك بقطر 1.5 متر، مما أسفر عن بيانات فوتومترية موثوقة عبر 258 ليلة. تم تحديد التأخير الزمني بين صور الكوازار باستخدام تقنية تقليل التشتت، مما أسفر عن قيمة قدرها $\Delta t_{AB} = 52.2 \pm 2.5$ يومًا، دون اكتشاف تغيرات ملحوظة في العدسة الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بإعادة معالجة بيانات الطيف الأرشيفية من تلسكوب ويليام هيرشل، مما حسّن انزياح الكوازار إلى $z_s = 1.791$ وقياس انزياح العدسة لأول مرة عند $z_d = 0.473 \pm 0.001$. تدعم تحليل نسب تدفق خط انبعاث Mg II التأثير الضئيل للعدسة الدقيقة.
تم تعزيز الدقة الفلكية من خلال تصوير HST الجديد، مما سمح بتحسين القياسات الموضعية لمكونات الكوازار والمجرة العدسية. باستخدام هذه المعلمات المحسنة، قمنا ببناء نماذج عدسية بسيطة (SIS+shear وSIE)، والتي أسفرت عن توقعات لتأخيرات زمنية قدرها 54.3 و56.9 يومًا، على التوالي، متوافقة مع قيمتنا المقاسة وتقدير تم الإبلاغ عنه سابقًا. تؤكد التوافق الداخلي لنتائجنا الفوتومترية والطيفية والفلكية على قوة نظام PS J2305+3714 لعلم الكونيات بتأخير الزمن. ستركز الأعمال المستقبلية على الحصول على قياسات تشتت سرعة النجوم للمجرة العدسية وتقييم تأثيرات التقارب الخارجي، والتي تعتبر حاسمة لتطوير نماذج كتلة أكثر تعقيدًا وفي النهاية لتقييد ثابت هابل، $H_0$.
DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stag023
Publication Date: 2026-01-07
Author(s): О. Бурхонов et al.
Primary Topic: Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena
Overview
In this study, we report findings from a seven-season monitoring campaign (2018-2024) of the gravitationally lensed quasar system PS J2305+3714, utilizing the 1.5-m Maidanak Telescope in the optical R-band. Our analysis reveals that the amplitude of potential microlensing variability remains below 10 mmag over the 7-year period. We also determine a time delay of \( t_{AB} = 52.2 \pm 2.5 \) days, with the brighter image A leading. Spectroscopic observations using long-slit WHT/ISIS have refined the quasar’s redshift to \( z_s = 1.791 \) and provided the first measurement of the lens redshift at \( z_d = 0.473 \).
The flux ratios of the quasar images in the MgII \( \lambda 2800 \) emission line and the adjacent continuum are nearly identical, suggesting minimal microlensing effects in the spectral domain, which aligns with the weak microlensing signal observed in the time domain. By employing precise astrometry from recent Hubble Space Telescope (HST) imaging alongside the MgII flux ratio, we constructed two simple mass models for the lens system. The close alignment between the measured time delay and the predictions from these mass models, in conjunction with the measured redshifts and a concordance \(\Lambda\)CDM cosmology, reinforces the reliability of our findings and positions PS J2305+3714 as a significant candidate for future time-delay cosmography studies.
Introduction
The introduction discusses the use of gravitationally lensed quasars as a method for measuring the Hubble constant, a concept initially proposed by Refsdal in 1964 and recently developed into a technique known as “Time Delay Cosmography.” This method allows for the extraction of cosmological constraints from individual lensed quasars, although a robust analysis requires a larger sample. Previous studies, such as Wong et al. (2020), have achieved a precision of 2.4% in measuring the Hubble constant using a set of six lensed quasars. The anticipated increase in the number of confirmed lensed quasars from upcoming astronomical surveys, including the Vera C. Rubin Observatory’s Legacy Survey of Space and Time (LSST), is expected to enhance the precision of these measurements.
The introduction also highlights the challenges associated with time-delay measurements, emphasizing the need for precise relative delay measurements between quasar images to within 5% to maintain competitive cosmological error budgets. The Strong-Lens Time-Delay Challenge has indicated that once this precision is achieved, uncertainties primarily arise from lens-model systematics rather than timing errors. The paper presents the results of long-term optical monitoring of the lensed quasar system PS J2305+3714, detailing the construction of light curves and time delay measurements, alongside a reprocessing of spectral observations to determine the lensing galaxy’s redshift and an analysis of Hubble Space Telescope (HST) imaging data for accurate astrometric parameters.
Discussion
In this study, we conducted a comprehensive seven-year observational campaign of the double-lensed quasar system PS J2305+3714 using the 1.5-m Maidanak Telescope, yielding reliable photometric data across 258 nights. The time delay between the quasar images was determined using the dispersion minimization technique, resulting in a value of $\Delta t_{AB} = 52.2 \pm 2.5$ days, with no significant microlensing variability detected. Additionally, we reprocessed archival spectroscopic data from the William Herschel Telescope, refining the quasar redshift to $z_s = 1.791$ and measuring the lens redshift for the first time at $z_d = 0.473 \pm 0.001$. The analysis of the Mg II emission line flux ratios further supports the minimal impact of microlensing.
Astrometric precision was enhanced through new HST imaging, allowing for improved positional measurements of the quasar components and the lensing galaxy. Using these refined parameters, we constructed simple lens models (SIS+shear and SIE), which yielded predicted time delays of 54.3 and 56.9 days, respectively, consistent with our measured value and a previously reported estimate. The internal consistency of our photometric, spectroscopic, and astrometric results underscores the robustness of the PS J2305+3714 system for time-delay cosmography. Future work will focus on obtaining stellar velocity dispersion measurements of the lensing galaxy and assessing external convergence effects, which are crucial for developing more sophisticated mass models and ultimately constraining the Hubble constant, $H_0$.