Cosmological parameters encoding our current understanding of the expansion history of the Universe can be constrained by the accurate estimation of time delays arising in gravitationally lensed systems. We propose TD-CARMA, a Bayesian method to estimate cosmological time delays by modelling the observed and irregularly sampled light curves as realizations of a Continuous Auto-Regressive Moving Average (CARMA) process. Our model accounts for heteroskedastic measurement errors and microlensing, an additional source of independent extrinsic long-term variability in the source brightness. The CARMA formulation admits a linear state-space representation, that allows for efficient and scalable likelihood computation using the Kalman Filter. We obtain a sample from the joint posterior distribution of the model parameters using a nested sampling approach. This allows for "painless" Bayesian Computation, dealing with the expected multi-modality of the posterior distribution in a straightforward manner and not requiring the specification of starting values or an initial guess for the time delay, unlike existing methods. In addition, the proposed sampling procedure automatically evaluates the Bayesian evidence, allowing us to perform principled Bayesian model selection. TD-CARMA is parsimonious, and typically includes no more than a dozen unknown parameters. We apply TD-CARMA to three doubly lensed quasars HS 2209+1914, SDSS J1001+5027 and SDSS J1206+4332, estimating their time delays as $-21.96 \pm 1.448$ (6.6$\%$ precision), $120.93 \pm 1.015$ (0.8$\%$), and $111.51 \pm 1.452$ (1.3$\%$), respectively. A python package, TD-CARMA, is publicly available to implement the proposed method.


翻译:我们提出TD-CARMA,这是一种巴伊西亚方法,通过模拟观测到的和不定期抽样的光曲线来估计宇宙时间延迟,这是实现连续自动递增平均值(CARMA)的过程。我们关于心电图测量错误和微升的模型账户是来源光度中独立外向长期变异的另一个来源。CARMA的配方采用了直线状态空间代表,允许使用Kalman过滤器高效和可缩放的精确度计算。我们从联合的表面分布模型中获取样本,采用嵌套式取样方法。这可以“无孔”Bayesian Computation,以简单的方式处理预期的后方分布的多模式,不要求起始值的规格,也不要求对时间延迟进行初步猜测。与现有方法不同,拟议的取样程序自动评估Bayes-comal1, 通常允许我们采用SDMA的SDMA方法。

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