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Strong Gravitational LensingStrong Gravitational Lensing
Overview, Status and OpportunitiesOverview, Status and Opportunities
Antonio C. C. GuimarãesAntonio C. C. Guimarães
IAGIAG--USPUSP
Campos do Jordão, March/2010
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Roteiro da apresentação
- fundamentos de lentes fortes
- observações: passado, presente e futuro
- fenomenologia e ciência com lentes fortes
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“Do not Bodies act upon Light
at a distance, and by their
action bend its Rays; and is not
this action strongest at the least
distance?”
Sir Isaac Newton, Opticks, 1704
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1916: General Theory of Relativity, Einstein derives the correct deflection angle:
SOBRAL = 1,98" PRÍNCIPE = 1,60"
1919: Arthur Eddington and his group confirms the GR prediction for the light deflection by the Sun.
light deflection by a point mass
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sourcegravitational lens
Mollerach & Roulet 2002
galsaxy, galaxy group,galaxy cluster
quasar,galaxy,
supernova
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Lens Equation
true position = apparent position − deflection
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Einstein Ring
poin
t mas
s
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1987: The First Einstein RingMG1131+0456: VLA, quasar radio emission lensed by a galaxy
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1979: The First Gravitational Lens0957+561A,B: D. Walsh, R. F. Carswell & R. J. Weymann
E.E. Falco et al. (CASTLE collaboration) and NASA
Multiple Images
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image
source real position
Circular Lens
Mollerach & Roulet 2002
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image source real position
Non-Circular Lens (elliptical)
Bartelmann
critical lines & caustics
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1985: Q2237+0305, Einstein Cross, Huchra et al.
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Abell 2218 , HST
Giant Arcs
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Marshall 2009
~ 200 galaxy-scale lenses
Strong Gravitational Lensing Observational Status
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http://www.cfa.harvard.edu/castles/
CASTLES Survey (~ 100 lenses)(CfA-Arizona Space Telescope LEns Survey of gravitational lenses)
Complete survey of all them known galaxy-mass gravitational lens systems (those with image separations of less than 10 arcseconds)
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Kochanek 2004
image separation
reds
hift
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SLACS
- Einstein radii determined from HST images
- velocity dispersion and redshifts (source and lens) measured by SDSS
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Treu 2009
Current and Future Surveys
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Science with Strong Lenses
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Lens (galaxy, group, cluster) Modeling
• the image positions and relative fluxes can be used to constrain
- mass- profile- shape- substructure
Comerford et al. 2006
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Stellar Dynamics and Lensing
spherical Jeans equation2
2
4l s
L E
ls
D DcM
G Dθ=
density profile slope
γρ rr ∝)(
Guimarães & Sodré 2009
58 strong lensing events from SLACSSloan velocity dispersions
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Time Delay
B1608+656 (Fassnacht et al. 2002)
time (days)
time delays and magnifications adjusted image fluxes
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Oguri et al. 2007
light travel time for each image relative to a fiducial unperturbed ray
time delay between two images, assuming a lens model (SIS),
The time scales as
because of the scalings of the distances
Time Delay
method advantages:- measures expansion rate directly at high redshifts (negligeble peculiar velocities)- does not depend on distance ladders nor standard candledisadvantage: needs lens model
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Statistical Lensing
Observables:- lens number (relates to cosmological volume and structure formation)
- image separation distribution (relates to halo mass function)
Defining quantities:
- lens cross section
- optical depth (probability that a source bean hits a lens)
2)( radiusEinsteinπσ =
comoving density of lenses lens density parameterlens density parametercomoving density of lenses lens density parameter cosmological dependence
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Oguri 2006 Mitchell et al. 2004
Distribution of lens image separations
predicted (using halo model) measured (12 CLASS lenses)
→ maps halo mass function
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Cosmography
Likelihood functions for the cosmological model using the velocity function of galaxies measured from the SDSS survey and a sample of 12 CLASS lenses. The contours show the 68, 90, 95 and 99%confidence intervals on the cosmological model. In the shaded regions the cosmological distances either become imaginary or there is no big bang
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Optical Depth for a Chaplygin gas model
(pure cosmological constant behavior)
(pure matter behavior)
source redshift
op
tica
l d
epth
Guimarães & Lima
1
3.0
0 =Ω+Ω=Ω
=Ω
Cm
m
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Other areas of application (non exhaustive)
- cluster lensing (giant arcs statistics, gravitational telescopes)
- supernovae lensing
- microlensing (planetary discovery, galactic substructure, MACHOS)
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