- Access by Xinjiang University
Hubble constant from the cluster-lensed quasar system SDSS : Investigation of the lens model dependence
Phys. Rev. D 108, 083532 – Published 30 October, 2023
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.108.083532
Abstract
As a fundamental parameter for modern cosmology, the Hubble constant is experiencing a serious crisis. In this paper, we explore an independent approach to measure based on the time-delay cosmography with strong gravitational lensing of a quasar by a galaxy cluster. Specifically we focus on the strong lensing system SDSS with the maximum image separation of , the first system of a quasar lensed by a galaxy cluster with five multiple images. Incorporating the latest time-delay measurements, we investigate the lens model dependence from the combination of 16 different lens mass models. We find that the lens model dependence is indeed large, with the combined measurement of the Hubble constant of that is obtained by summing posteriors of the Hubble constant from the 16 models with equal weighting. Interestingly, our results show that the value of Hubble constant decreases as the complexity of the perturbation around the lens increases, although weighting based on positional errors of quasar images does not significantly improve the constraint. We find that the 16 different mass models predict largely different shapes of the lensed quasar host galaxy as well as other lensed galaxies behind the cluster. By selecting two mass models that best reproduces those shapes, the constraint on the Hubble constant is significantly tightened to . While we caution that our analysis still does not fully explore all the possible mass model uncertainty, our results highlight the importance of including as many constraints as possible such as extended shapes of lensed galaxies for obtaining tight constraints on the Hubble constant from cluster-lensed quasar lens systems.
Physics Subject Headings (PhySH)
Article Text
References (76)
- D. H. Weinberg, M. J. Mortonson, D. J. Eisenstein, C. Hirata, A. G. Riess, and E. Rozo, Phys. Rep. 530, 87 (2013).
- W. L. Freedman, B. F. Madore, B. K. Gibson, L. Ferrarese, D. D. Kelson, S. Sakai, J. R. Mould, J. Kennicutt, C. Robert, H. C. Ford, J. A. Graham et al., Astrophys. J. 553, 47 (2001).
- N. Aghanim, Y. Akrami, M. Ashdown, J. Aumont, C. Baccigalupi, M. Ballardini, A. J. Banday, R. B. Barreiro, N. Bartolo et al. (Planck Collaboration), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020).
- A. G. Riess, A. V. Filippenko, P. Challis, A. Clocchiatti, A. Diercks, P. M. Garnavich, R. L. Gilliland, C. J. Hogan, S. Jha, R. P. Kirshner et al., Astron. J. 116, 1009 (1998).
- S. Perlmutter, G. Aldering, G. Goldhaber, R. A. Knop, P. Nugent, P. G. Castro, S. Deustua, S. Fabbro, A. Goobar, D. E. Groom et al., Astrophys. J. 517, 565 (1999).
- S. Cao, M. Biesiada, R. Gavazzi, A. Piórkowska, and Z.-H. Zhu, Astrophys. J. 806, 185 (2015).
- M. A. Troxel, N. MacCrann, J. Zuntz, T. F. Eifler, E. Krause, S. Dodelson, D. Gruen, J. Blazek, O. Friedrich, S. Samuroff et al., Phys. Rev. D 98, 043528 (2018).
- D. M. Scolnic, D. O. Jones, A. Rest, Y. C. Pan, R. Chornock, R. J. Foley, M. E. Huber, R. Kessler, G. Narayan, A. G. Riess et al., Astrophys. J. 859, 101 (2018).
- F. Bianchini, W. L. K. Wu, P. A. R. Ade, A. J. Anderson, J. E. Austermann, J. S. Avva, L. Balkenhol, E. Baxter, J. A. Beall, A. N. Bender et al., Phys. Rev. D 102, 083504 (2020).
- D. Han, N. Sehgal, A. MacInnis, A. van Engelen, B. D. Sherwin, M. S. Madhavacheril, S. Aiola, N. Battaglia, J. A. Beall, D. T. Becker et al., J. Cosmol. Astropart. Phys. 01 2021, 031 (2021).
- M. Asgari, C.-A. Lin, B. Joachimi, B. Giblin, C. Heymans, H. Hildebrandt, A. Kannawadi, B. Stölzner, T. Tröster, J. L. van den Busch et al., Astron. Astrophys. 645, A104 (2021).
- V. Mossa, K. Stöckel, F. Cavanna, F. Ferraro, M. Aliotta, F. Barile, D. Bemmerer, A. Best, A. Boeltzig, C. Broggini et al., Nature (London) 587, 210 (2020).
- A. G. Riess, W. Yuan, L. M. Macri, D. Scolnic, D. Brout, S. Casertano, D. O. Jones, Y. Murakami, G. S. Anand, L. Breuval et al., Astrophys. J. Lett. 934, L7 (2022).
- W. L. Freedman, B. F. Madore, D. Hatt, T. J. Hoyt, I. S. Jang, R. L. Beaton, C. R. Burns, M. G. Lee, A. J. Monson, J. R. Neeley et al., Astrophys. J. 882, 34 (2019).
- W. L. Freedman, Astrophys. J. 919, 16 (2021).
- J. A. Braatz and N. E. Gugliucci, Astrophys. J. 678, 96 (2008).
- M. J. Reid, J. A. Braatz, J. J. Condon, K. Y. Lo, C. Y. Kuo, C. M. V. Impellizzeri, and C. Henkel, Astrophys. J. 767, 154 (2013).
- C. Y. Kuo, J. A. Braatz, M. J. Reid, K. Y. Lo, J. J. Condon, C. M. V. Impellizzeri, and C. Henkel, Astrophys. J. 767, 155 (2013).
- C. Y. Kuo, J. A. Braatz, K. Y. Lo, M. J. Reid, S. H. Suyu, D. W. Pesce, J. J. Condon, C. Henkel, and C. M. V. Impellizzeri, Astrophys. J. 800, 26 (2015).
- F. Gao, J. A. Braatz, M. J. Reid, J. J. Condon, J. E. Greene, C. Henkel, C. M. V. Impellizzeri, K. Y. Lo, C. Y. Kuo, D. W. Pesce et al., Astrophys. J. 834, 52 (2017).
- D. W. Pesce, J. A. Braatz, M. J. Reid, A. G. Riess, D. Scolnic, J. J. Condon, F. Gao, C. Henkel, C. M. V. Impellizzeri, C. Y. Kuo et al., Astrophys. J. Lett. 891, L1 (2020).
- T. Dietrich, M. W. Coughlin, P. T. H. Pang, M. Bulla, J. Heinzel, L. Issa, I. Tews, and S. Antier, Science 370, 1450 (2020).
- R. Abbott, H. Abe, F. Acernese, K. Ackley, N. Adhikari, R. X. Adhikari, V. K. Adkins et al. (The LIGO Scientific, the Virgo, and the KAGRA Collaborations), Astrophys. J. 949, 76 (2023).
- S. Refsdal, Mon. Not. R. Astron. Soc. 128, 307 (1964).
- P. L. Kelly, S. Rodney, T. Treu, M. Oguri, W. Chen, A. Zitrin, S. Birrer, V. Bonvin, L. Dessart, J. M. Diego et al., Science 380, abh1322 (2023).
- K. C. Wong, S. H. Suyu, G. C. F. Chen, C. E. Rusu, M. Millon, D. Sluse, V. Bonvin, C. D. Fassnacht, S. Taubenberger, M. W. Auger et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 498, 1420 (2020).
- S. Birrer, A. J. Shajib, A. Galan, M. Millon, T. Treu, A. Agnello, M. Auger, G. C. F. Chen, L. Christensen, T. Collett et al., Astron. Astrophys. 643, A165 (2020).
- A. J. Shajib, P. Mozumdar, G. C. F. Chen, T. Treu, M. Cappellari, S. Knabel, S. H. Suyu, V. N. Bennert, J. A. Frieman, D. Sluse et al., Astron. Astrophys. 673, A9 (2023).
- K. Sharon, E. O. Ofek, G. P. Smith, T. Broadhurst, D. Maoz, C. S. Kochanek, M. Oguri, Y. Suto, N. Inada, and E. E. Falco, Astrophys. J. Lett. 629, L73 (2005).
- K. Sharon, M. B. Bayliss, H. Dahle, M. K. Florian, M. D. Gladders, T. L. Johnson, R. Paterno-Mahler, J. R. Rigby, K. E. Whitaker, and E. Wuyts, Astrophys. J. 835, 5 (2017).
- A. Acebron, C. Grillo, P. Bergamini, A. Mercurio, P. Rosati, G. B. Caminha, P. Tozzi, G. B. Brammer, M. Meneghetti, A. Morelli et al., Astrophys. J. 926, 86 (2022).
- A. Acebron, C. Grillo, P. Bergamini, G. B. Caminha, P. Tozzi, A. Mercurio, P. Rosati, G. Brammer, M. Meneghetti, M. Nonino et al., Astron. Astrophys. 668, A142 (2022).
- M. Meneghetti, P. Natarajan, D. Coe, E. Contini, G. De Lucia, C. Giocoli, A. Acebron, S. Borgani, M. Bradac, J. M. Diego et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 472, 3177 (2017).
- P. Denzel, J. P. Coles, P. Saha, and L. L. R. Williams, Mon. Not. R. Astron. Soc. 501, 784 (2021).
- N. Inada, M. Oguri, B. Pindor, J. F. Hennawi, K. Chiu, W. Zheng, S.-I. Ichikawa, M. D. Gregg, R. H. Becker, Y. Suto et al., Nature (London) 426, 810 (2003).
- M. Oguri, N. Inada, C. R. Keeton, B. Pindor, J. F. Hennawi, M. D. Gregg, R. H. Becker, K. Chiu, W. Zheng, S.-I. Ichikawa et al., Astrophys. J. 605, 78 (2004).
- N. Inada, M. Oguri, C. R. Keeton, D. J. Eisenstein, F. J. Castander, K. Chiu, P. B. Hall, J. F. Hennawi, D. E. Johnston, B. Pindor et al., Publ. Astron. Soc. Jpn. 57, L7 (2005).
- J. Fohlmeister, C. S. Kochanek, E. E. Falco, C. W. Morgan, and J. Wambsganss, Astrophys. J. 676, 761 (2008).
- K. Napier, K. Sharon, H. Dahle, M. Bayliss, M. D. Gladders, G. Mahler, J. R. Rigby, and M. Florian, arXiv:2301.11240.
- N. Inada, M. Oguri, T. Morokuma, M. Doi, N. Yasuda, R. H. Becker, G. T. Richards, C. S. Kochanek, I. Kayo, K. Konishi et al., Astrophys. J. Lett. 653, L97 (2006).
- M. Oguri, E. O. Ofek, N. Inada, T. Morokuma, E. E. Falco, C. S. Kochanek, I. Kayo, T. Broadhurst, and G. T. Richards, Astrophys. J. Lett. 676, L1 (2008).
- J. Fohlmeister, C. S. Kochanek, E. E. Falco, J. Wambsganss, M. Oguri, and X. Dai, Astrophys. J. 764, 186 (2013).
- H. Dahle, M. D. Gladders, K. Sharon, M. B. Bayliss, E. Wuyts, L. E. Abramson, B. P. Koester, N. Groeneboom, T. E. Brinckmann, M. T. Kristensen et al., Astrophys. J. 773, 146 (2013).
- H. Dahle, M. D. Gladders, K. Sharon, M. B. Bayliss, and J. R. Rigby, Astrophys. J. 813, 67 (2015).
- J. Martínez-Arrizabalaga, J. M. Diego, and L. J. Goicoechea, arXiv:2309.14776.
- J. A. Muñoz, C. S. Kochanek, J. Fohlmeister, J. Wambsganss, E. Falco, and R. Forés-Toribio, Astrophys. J. 937, 34 (2022).
- R. Forés-Toribio, J. A. Muñoz, C. S. Kochanek, and E. Mediavilla, Astrophys. J. 937, 35 (2022).
- Y. Shu, R. Marques-Chaves, N. W. Evans, and I. Pérez-Fournon, Mon. Not. R. Astron. Soc. 481, L136 (2018).
- Y. Shu, S. E. Koposov, N. W. Evans, V. Belokurov, R. G. McMahon, M. W. Auger, and C. A. Lemon, Mon. Not. R. Astron. Soc. 489, 4741 (2019).
- M. N. Martinez, K. A. Napier, A. P. Cloonan, E. Sukay, K. Gozman, K. Merz, G. Khullar, J. J. Lin, O. S. Matthews Acuña, E. Medina et al., Astrophys. J. 946, 63 (2023).
- K. Napier, M. Gladders, K. Sharon, H. Dahle, A. P. Cloonan, G. Mahler, I. Escapa, J. Garza, A. Kisare, N. Malagon et al., Astrophys. J. Lett. 954, L38 (2023).
- D. G. York, J. Adelman, J. Anderson, E. John, and S. F. e. a. Anderson, Astron. J. 120, 1579 (2000).
- K. Abazajian, J. K. Adelman-McCarthy, M. A. Agüeros, S. S. Allam, K. Anderson, S. F. Anderson, J. Annis, N. A. Bahcall, I. K. Baldry, S. Bastian et al., Astron. J. 128, 502 (2004).
- N. Inada, M. Oguri, E. E. Falco, T. J. Broadhurst, E. O. Ofek, C. S. Kochanek, K. Sharon, and G. P. Smith, Publ. Astron. Soc. Jpn. 60, L27 (2008).
- J. Liesenborgs, S. de Rijcke, H. Dejonghe, and P. Bekaert, Mon. Not. R. Astron. Soc. 397, 341 (2009).
- M. Oguri, Publ. Astron. Soc. Jpn. 62, 1017 (2010).
- J. Fohlmeister, C. S. Kochanek, E. E. Falco, J. Wambsganss, N. Morgan, C. W. Morgan, E. O. Ofek, D. Maoz, C. R. Keeton, J. C. Barentine et al., Astrophys. J. 662, 62 (2007).
- E. Bertin and S. Arnouts, Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 117, 393 (1996).
- M. Oguri, Publ. Astron. Soc. Pac. 133, 074504 (2021).
- J. F. Navarro, C. S. Frenk, and S. D. M. White, Astrophys. J. 490, 493 (1997).
- W. Jaffe, Mon. Not. R. Astron. Soc. 202, 995 (1983).
- C. R. Keeton, arXiv:astro-ph/0102341.
- L. Hernquist, Astrophys. J. 356, 359 (1990).
- N. W. Evans and H. J. Witt, Mon. Not. R. Astron. Soc. 345, 1351 (2003).
- Y. Kawano, M. Oguri, T. Matsubara, and S. Ikeuchi, Publ. Astron. Soc. Jpn. 56, 253 (2004).
- A. B. Congdon and C. R. Keeton, Mon. Not. R. Astron. Soc. 364, 1459 (2005).
- J. Yoo, C. S. Kochanek, E. E. Falco, and B. A. McLeod, Astrophys. J. 642, 22 (2006).
- C. R. Keeton, C. S. Kochanek, and U. Seljak, Astrophys. J. 482, 604 (1997).
- J. D. Remolina González, K. Sharon, and G. Mahler, Astrophys. J. 863, 60 (2018).
- P. Schneider, Astron. Astrophys. 143, 413 (1985), https://adsabs.harvard.edu/full/1985A%26A...143..413S.
- P. Schneider, J. Ehlers, and E. E. Falco, Gravitational Lenses (Springer Berlin, Heidelberg, 1992), p. 560.
- R. Blandford and R. Narayan, Astrophys. J. 310, 568 (1986).
- M. Oguri, M. B. Bayliss, H. Dahle, K. Sharon, M. D. Gladders, P. Natarajan, J. F. Hennawi, and B. P. Koester, Mon. Not. R. Astron. Soc. 420, 3213 (2012).
- C. S. Kochanek, C. R. Keeton, and B. A. McLeod, Astrophys. J. 547, 50 (2001).
- S. H. Suyu, P. J. Marshall, M. W. Auger, S. Hilbert, R. D. Blandford, L. V. E. Koopmans, C. D. Fassnacht, and T. Treu, Astrophys. J. 711, 201 (2010).
- S. H. Suyu, V. Bonvin, F. Courbin, C. D. Fassnacht, C. E. Rusu, D. Sluse, T. Treu, K. C. Wong, M. W. Auger, X. Ding et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 468, 2590 (2017).