[論文レビュー] Carnegie Supernova Project-I and -II: Measurements of $H_0$ using Cepheid, TRGB, and SBF Distance Calibration to Type Ia Supernovae

S. A. Uddin, C. R. Burns+45 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2023

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 14

ひとこと要約

この研究は CSP-I および CSP-II の Type Ia 超新星データを Cepheid、TRGB、SBF の距離アンカーと組み合わせ、複数バンドで H0 を測定し、局所的な H0 の値を高精度で得るとともに系統的不確かさを評価する。

ABSTRACT

We present an analysis of Type Ia Supernovae (SNe~Ia) from both the Carnegie Supernova Project~I (CSP-I) and II (CSP-II), and extend the Hubble diagram from the optical to the near-infrared wavelengths ($uBgVriYJH$). We calculate the Hubble constant, $H_0$, using various distance calibrators: Cepheids, Tip of the Red Giant Branch (TRGB), and Surface Brightness Fluctuations (SBF). Combining all methods of calibrations, we derive $ m H_0=71.76 \pm 0.58 \ (stat) \pm 1.19 \ (sys) \ km \ s^{-1} \ Mpc^{-1}$ from $B$-band, and $ m H_0=73.22 \pm 0.68 \ (stat) \pm 1.28 \ (sys) \ km \ s^{-1} \ Mpc^{-1}$ from $H$-band. By assigning equal weight to the Cepheid, TRGB, and SBF calibrators, we derive the systematic errors required for consistency in the first rung of the distance ladder, resulting in a systematic error of $1.2\sim 1.3 m \ km \ s^{-1} \ Mpc^{-1}$ in $H_0$. As a result, relative to the statistics-only uncertainty, the tension between the late-time $H_0$ we derive by combining the various distance calibrators and the early-time $H_0$ from the Cosmic Microwave Background is reduced. The highest precision in SN~Ia luminosity is found in the $Y$ band ($0.12\pm0.01$ mag), as defined by the intrinsic scatter ($σ_{int}$). We revisit SN~Ia Hubble residual-host mass correlations and recover previous results that these correlations do not change significantly between the optical and the near-infrared wavelengths. Finally, SNe~Ia that explode beyond 10 kpc from their host centers exhibit smaller dispersion in their luminosity, confirming our earlier findings. Reduced effect of dust in the outskirt of hosts may be responsible for this effect.

研究の動機と目的

• Cepheid、TRGB、SBF を用いた複数の距離アンカーで CSP の SNe Ia を較正して H0 を決定する。
• 光学波長から近赤外線 (uBgVriYJH) へ SN Ia ハッブル図を拡張し、帯による標準化の比較を行う。
• SN Ia の光度における固有の散乱、較正器起因の系統、宿主銀河質量効果を定量化する。
• 宿主銀河の性質と宿主内の半径依存性とともに SN Ia のハッブル残差を調査する。

提案手法

• uBgVriYJH バンドで CSP-I および CSP-II の SN Ia 光度測光を統合し、SNooPy で光曲線をフィットしてピーク等級・色・sBV を取得する。
• 色、ストレッチ（sBV）、および付随するホスト質量の一次補正係数 alpha を含む光度標準化を距離法の方程式に適用する。
• 利用可能な場合には Lambda-CDM の距離または Cepheid/TRGB/SBF 校正を用いてモデル距離モジュロを構築する。
• 測定誤差、固有散乱、および特殊速度の不確かさを含むカイ二乗統計を計算して H0 およびその系統を推定する。
• 異なる較正器およびバンドから導かれた H0 を比較し、宿主銀河質量と SN 残差の影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CSP-I および CSP-II サンプルで Cepheid、TRGB、SBF 距離で SNe Ia を較正したときの H0 値はいくらか。
• RQ2 異なる較正器で、光学および近赤外線帯 (uBgVriYJH) の H0 推定値はどう異なるか。
• RQ3 距離はしごの第一 rung の複数の距離アンカーを組み合わせることに伴う系統的不確かさは何か。
• RQ4 SN Ia のハッブル残差と宿主銀河質量の依存性は光学と近赤外線波長全体で持続するか。
• RQ5 SN Ia の光度散布は宿主内の銀河中心からの距離（例：10 kpc 以上）に依存するか。

主な発見

• 組み合わせた較正により B-帯から H0 = 71.76 ± 0.58 (統計) ± 1.19 (系統) km s^-1 Mpc^-1 を得た。
• 組み合わせた較正により H-帯から H0 = 73.22 ± 0.68 (統計) ± 1.28 (系統) km s^-1 Mpc^-1 を得た。
• Cepheid、TRGB、SBF の較正器を等重みで割り当てると、H0 の系統的不確かさの帯は約 1.2–1.3 km s^-1 Mpc^-1 となる。
• SN Ia の光度精度が最も高いのは Y-帯で、固有散乱は 0.12 ± 0.01 mag。
• SN Ia のハッブル残差と宿主質量の相関を再検討すると、光学と近赤外の波長間で有意な変化は見られない。
• 宿主中心から 10 kpc 以上で爆発する SN Ia は光度の散布が小さく、塵の影響が外側で小さいことを示唆する。