[論文レビュー] A Quadruply Lensed SN Ia: Gaining a Time-Delay...Losing a Standard Candle

Daniel A. Yahalomi, Paul L. Schechter+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2017

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、四重に歪んだタイプIa超新星iPTF16geuにおけるフラックス比の異常を調査し、マクロモデルの予測と観測値の間の明るさの差異を説明するには、単独のマイクロレンズ効果では不十分であることを明らかにした。完璧なマクロモデルが存在しても、マイクロレンズ効果は固有の明るさの尤度分布に0.73マグニチュードの全幅半最大（FWHM）を引き起こし、タイプIa超新星の標準キャンドルとしての校正精度を著しく制限する。

ABSTRACT

We investigate the flux ratio anomalies between macro-model predictions and the observed brightness of the supernova iPTF16geu, as published in a recent paper by More et al., 2017. This group suggested that these discrepancies are, qualitatively, likely due to microlensing. We analyze the plausibility of attributing this discrepancy to microlensing, and find that the discrepancy is too large to be due to microlensing alone. This is true whether one assumes knowledge of the luminosity of the supernova or allows the luminosity to be a free parameter. Varying the dark/stellar ratio likewise doesn't help. In addition, other macro-models with quadruplicity from external shear or ellipticity do not significantly improve to model. Finally, microlensing also makes it difficult to accurately determine the standard candle brightness of the supernova, as the likelihood plot for the intrinsic magnitude of the source (for a perfect macro-model) has a full width half maximum of 0.73 magnitudes. As such, the error for the standard candle brightness is quite large. This reduces the utility of the standard candle nature of type Ia supernovae.

研究の動機と目的

• 強力に歪んだタイプIa超新星iPTF16geuにおける観測されたフラックス比の異常を、マイクロレンズ効果が説明できるかどうかを評価すること。
• 典型的なまたは非典型的なタイプIa超新星の光度を仮定した場合に、マイクロレンズ効果が観測されたフラックス差異を再現する統計的尤度を評価すること。
• 外部せん断や楕円度を組み込んだ代替のマクロモデルが、フラックス比の一致を改善するかどうかを検討すること。
• マイクロレンズ効果が、歪んだタイプIa超新星の固有の明るさの決定精度に与える影響を定量化すること。
• 強力に歪んだタイプIa超新星を宇宙論において標準キャンドルとして使用する上での意味を評価すること。

提案手法

• スターマス分率を33%、50%、100%として変化させながら、iPTF16geuの4つの像に及ぼされるマイクロレンズ効果を1000回のモンテカルロシミュレーションで実施した。
• HSTおよびKeck観測から得られたシミュレートされたマイクロレンズフラックス比と観測フラックス比を比較した。
• 典型的なタイプIa超新星の光度と非典型的な光度を仮定した場合に、マイクロレンズ効果が異常を再現する尤度を評価した。
• 外部せん断や楕円度を組み込んだ代替のマクロモデルをテストし、フラックス比の一致度が向上するかを評価した。
• 画像Dにおける波長依存のフラックス差異を分析し、チリの減光効果の影響を評価した。
• マイクロレンズ効果下での固有明るさの尤度分布の全幅半最大（FWHM）を計算し、明るさ校正における不確実性を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マイクロレンズ効果のみで、iPTF16geuの4つの像における観測されたフラックス比の異常を説明できるか？
• RQ2 典型的なまたは非典型的なタイプIa超新星の光度を仮定した場合に、マイクロレンズ効果が観測されたフラックス差異を再現する統計的尤度はどの程度か？
• RQ3 外部せん断や楕円度を含む代替のマクロモデルが、観測値とのフラックス比の一致を顕著に改善するか？
• RQ4 完璧なマクロモデルが存在しても、マイクロレンズ効果は歪んだタイプIa超新星の固有明るさの決定精度にどのように影響を与えるか？
• RQ5 マイクロレンズ効果は、強力に歪んだタイプIa超新星を標準キャンドルとして使用する上での有用性をどの程度損なうか？

主な発見

• 典型的なタイプIa超新星の光度を仮定した場合、マイクロレンズ効果のみで異常を説明できる確率は、スターマス分率50%の条件下で最大でも1000回に3回（0.3%）である。非典型的な光度を仮定した場合も、1000回に2回（0.2%）にとどまる。
• 完璧なマクロモデルが存在しても、マイクロレンズ効果は固有明るさの尤度分布に0.73マグニチュードの全幅半最大（FWHM）を引き起こし、明るさ校正の精度を著しく制限する。
• 外部せん断や楕円度を組み込んだ代替のマクロモデルは、フラックス比の一致度を顕著に改善せず、異常をマイクロレンズ効果が再現する最大尤度は1000回に32回（3.2%）にとどまる。
• 画像Dにおける波長依存のフラックス差異（F625WとF814Wの間で0.74マグニチュード）は、チリの減光が観測された異常要因に寄与している可能性を示唆している。
• 本研究は、マイクロレンズ効果が固有明るさの不確実性が著しく大きいため、歪んだタイプIa超新星を高精度の標準キャンドルとして使用する上での有用性が根本的に制限されることを結論づけた。
• 結果は、強力に歪んだタイプIa超新星のフラックス比を用いて質量シートデゲネラシーを解消し、ハッブル定数を高精度で制約するという手法の信頼性を疑問視するものである。