星系密度轮廓与形状——I. 面向真实星系模型的引力透镜模拟管线

当前及未来宽场、深场测光巡天中的强引力透镜研究，以及来自（积分场）光谱学、红移不断增高的恒星运动学研究，有望为星系密度轮廓和形状提供有价值的约束。然而，这两种方法都受到各种选择和建模偏差的影响，我们旨在以一致的方式对其进行研究。在本系列的第一篇论文中，我们开发了一个灵活而高效的管线，用于模拟真实星系模型的引力透镜效应。这些星系模型具有独立的恒星和暗物质成分，每种成分都有一系列密度轮廓和形状，代表了没有其他邻近星系显著贡献的早型中央星系。我们使用傅里叶方法计算具有任意面密度分布的星系的透镜性质，并使用蒙特卡洛方法计算点源透镜截面等透镜统计量。通过纳入多种放大率偏差模式，我们可以检验图像分辨率和流量方面的不同巡天限制。我们严格测试了数值方法的系统误差以及对基本假设的敏感性。我们还确定了为恢复准确的取向平均透镜量所需采样的最小视角数。我们发现，对于典型的椭圆星系的一系列非等温恒星和暗物质密度轮廓，在爱因斯坦半径附近，组合密度轮廓及其相应的透镜性质惊人地接近等温。反之，这意味着来自强透镜和/或恒星运动学的约束（在爱因斯坦半径附近确实与等温模型一致）不能轻易地外推到更小和更大的半径。