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A combined observational and theoretical study of gravitationally lensed quasars

Anguita, Timo

German Title: Eine Untersuchung zu Beobachtung und Theorie des Gravitationslinseneffektes von Quasaren

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Abstract

In this thesis we study gravitational lensing of quasars, from strong lensing to microlensing. We investigate one strong lens candidate recently discovered in the COSMOS field: COSMOS 5921+0638. Our analysis of the nature of the lens reveals that the system is composed of an early type foreground galaxy at redshift z_l=0.551+/-0.001 lensing a background low luminosity AGN and its host galaxy at a candidate redshift of z_s=3.14+/-0.05. We show that flux anomalies observed in the lensed images are likely due to substructure or microlensing by stars in the lensing galaxy. Extending the analysis of the optical emission of lensed quasars, we have used integral field spectroscopy to study four gravitationally lensed quasar systems: HE 0230-2130, RX J0911+0551, H 1413+117 and B 1359+154, as well as objects in their line-of-sight. The first three systems show anomalous flux ratios consistent with microlensing by stars in their lensing galaxies. In the final part of this work, we probe the structure of the accretion disk of the lensed quasar Q 2237+0305 by the analysis of a high magnification microlensing event seen in the so-called "image C" of the system in the year 1999. Using multi-band observations and microlensing simulations, we measure an accretion disk size of Gaussian width sigma_g'=4.6^{+3.4}_-3.4} x 10^15 sqrt{M/0.1M_sun} cm and a ratio sigma_r'/sigma_g'=1.3^{+0.5}_{-0.2}, without the use of any prior, and of Gaussian width sigma_g'=1.3^{+0.2}_{-0.7} x 10^15 sqrt{M/0.1M_sun} cm and a ratio sigma_r'/sigma_g'=1.5^{+0.9}_{-0.3} with a prior on the relative velocity between source and microlenses. Both results are in agreement with the predictions of a standard Shakura-Sunyaev disk model. The use of multi-band observations revealed that the magnification event seen in image C of Q~2237+0305 was produced by a caustic crossing with a confidence greater than 74%.

Translation of abstract (German)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit durch den Gravitationslinseneffekt abgebildeten Quasaren, vom starken Linseneffekt bis zum Mikrolinseneffekt. Die Analyse des kürzlich im COSMOS-Feld entdeckten Linsenkandidaten COSMOS 5921+0638 zeigt, dass es sich hierbei um eine Vordergrundgalaxie frühen Typs bei einer Rotverschiebung von z_l=0.551+/-0.001 handelt, welche als Linse auf einen leuchtschwachen AGN bei einer Rotverschiebung von z_s=3.14+/-0.05 und dessen Muttergalaxie wirkt. Die beobachteten Flussanomalien der gelinsten Bilder werden wahrscheinlich durch Substrukturen oder durch als Mikrolinsen wirkende Sterne in der Vordergrundgalaxie verursacht. Wir benutzen Integrale-Feld-Spektroskopie, um die vier gravitationsgelinsten Quasare HE 0230-2130, RX J0911+0551, H 1413+117, B 1359+154 sowie Objekte entlang der Sichtliniezu untersuchen. Dabei zeigen die ersten drei Systeme Anomalien in den Flussverhältnissen zwischen den Bildern, welche konsistent mit dem Mikrolinseneffekt aufgrund von Sternen in den Linsengalaxien sind. Im letzten Teil dieser Arbeit erforschen wir das im Jahre 1999 beobachtete Mikrolinsenereignis im so-genannten "Bild C" des gravitationsgelinsten Quasars Q 2237+0305, um die Struktur seiner Akkretionsscheibe zubestimmen. Mit Beobachtungen in mehreren Filtern und Mikrolinsensimulationen des Systems messen wir eine Gaußbreite von sigma_g'=4.6^{+3.4}_{-3.4} x 10^15 sqrt{M/0.1M_sun} cm und ein Verhältnis von sigma_r'/sigma_g'=1.3^{+0.5}_{-0.2} ohne die Verwendung irgendeiner A-priori-Annahme bzw. sigma_g'=1.3^{+0.2}_{-0.7} x 10^15 sqrt{M/0.1M_sun} cm und sigma_r'/sigma_g'=1.5^{+0.9}_{-0.3} mit einer A-priori-Annahme der Relativgeschwindigkeit zwischen Quelle und Mikrolinsen. Beide Ergebnisse sind in Übereinstimmung mit Vorhersagen des Shakura-Sunyaev-Scheibenmodells. Weitere Einschränkungen durch Mehr-Filter-Aufnahmen ergeben, dass das beobachtete Mikrolinsenereignis mit mehr als 74 % Wahrscheinlichkeit durch einen Kaustikübergang erzeugt wurde.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wambsganß, Prof. Dr. Joachim
Date of thesis defense: 15. April 2009
Date Deposited: 05. May 2009 16:01
Date: 2009
Faculties / Institutes: Service facilities > Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) > ZAH: Astronomisches Rechen-Institut
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Gravitationslinse, Quasar, Optische Spektroskopie, Mikrogravitationslinseneffekt, Kosmologie, Akkretionsscheibe, Hubble-Weltraumteleskop, VLT
Uncontrolled Keywords: RX J0911+0551 , HE 0230-2130 , H1413+117 , Q2237+0305 , COSMOS 5921+0638
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