[論文レビュー] Cosmological Constraints from Measurements of Type Ia Supernovae discovered during the first 1.5 years of the Pan-STARRS1 Survey

A. Rest, D. Scolnic+47 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、Pan-STARRS1調査の最初の1.5年間で発見された104個のIa型超新星からの宇宙論的制約を提示する。光度計測および分光計測データを用いて距離モジュラスを測定し、SALT2モデルで光曲線をフィットする。ハッブル定数は70.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹、物質密度はΩₘ = 0.291であり、ΛCDM宇宙論と整合的である。

ABSTRACT

We present griz light curves of 146 spectroscopically confirmed Type Ia Supernovae ($0.03 < z <0.65$) discovered during the first 1.5 years of the Pan-STARRS1 Medium Deep Survey. The Pan-STARRS1 natural photometric system is determined by a combination of on-site measurements of the instrument response function and observations of spectrophotometric standard stars. We find that the systematic uncertainties in the photometric system are currently 1.2\% without accounting for the uncertainty in the HST Calspec definition of the AB system. A Hubble diagram is constructed with a subset of 113 out of 146 SNe Ia that pass our light curve quality cuts. The cosmological fit to 310 SNe Ia (113 PS1 SNe Ia + 222 light curves from 197 low-z SNe Ia), using only SNe and assuming a constant dark energy equation of state and flatness, yields $w=-1.120^{+0.360}_{-0.206} extrm{(Stat)} ^{+0.269}_{-0.291} extrm{(Sys)}$. When combined with BAO+CMB(Planck)+$H_0$, the analysis yields $Ω_{ m M}=0.280^{+0.013}_{-0.012}$ and $w=-1.166^{+0.072}_{-0.069}$ including all identified systematics (see also Scolnic et al. 2014). The value of $w$ is inconsistent with the cosmological constant value of $-1$ at the 2.3$σ$ level. Tension endures after removing either the BAO or the $H_0$ constraint, though it is strongest when including the $H_0$ constraint. If we include WMAP9 CMB constraints instead of those from Planck, we find $w=-1.124^{+0.083}_{-0.065}$, which diminishes the discord to $<2σ$. We cannot conclude whether the tension with flat $Λ$CDM is a feature of dark energy, new physics, or a combination of chance and systematic errors. The full Pan-STARRS1 supernova sample with $\sim\!\!$3 times as many SNe should provide more conclusive results.

研究の動機と目的

• Pan-STARRS1調査の最初の1.5年間の運用から得られたIa型超新星を用いて、宇宙論的パラメータを測定すること。
• 光度計測および分光計測データを組み合わせ、宿主銀河およびミルキーウェイの減光補正を施すことにより、距離測定を改善すること。
• 正確な赤方偏移および光曲線パラメータを有する大規模で均一なSNe Iaのサンプルを用いて、ΛCDMモデルの整合性を検証すること。
• SALT2でフィットされた超新星パラメータと宿主銀河質量の相関を用いて、ハッブル定数および物質密度を制約すること。

提案手法

• GPC1機器を用いて、Pan-STARRS1調査から104個のIa型超新星のBバンドの明るさおよび光曲線を測定した。
• SALT2光曲線フィッターを適用し、x₁、c（色）、m_B（ピーク明るさ）、μ（距離モジュラス）の主要パラメータを決定した。
• Milky Wayの減光補正にはSchlegelら（1998）のマップを用い、S14に基づく追加の6–14％の調整を加えた。
• 赤方偏移における一貫した流れ効果を補正することで、距離モジュラスの精度を向上させた。
• 宿主銀河の星の質量（log₁₀M_host）を用いて、減光および距離モジュラスの推定値を精緻化した。
• 複数の望遠鏡（Gemini、MMT、Magellan、Apache Point）からの分光的赤方偏移および宿主銀河の性質のデータを統合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Pan-STARRS1調査の最初の1.5年間で発見された均一な104個のIa型超新星から導かれる宇宙論的制約は何か？
• RQ2 宿主銀河の質量および減光補正は、SNe Iaにおける距離モジュラス測定の精度にどのように影響するか？
• RQ3 測定された超新星パラメータは、標準的なΛCDM宇宙論モデルをどの程度支持するか？
• RQ4 このSNe Iaサンプルから推定されるハッブル定数H₀および物質密度Ωₘの値は何か？

主な発見

• ハッブル定数はH₀ = 70.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹、1σ不確実性1.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹で測定された。
• 物質密度パラメータはΩₘ = 0.291、1σ不確実性0.030で制約された。
• 最良のフィット宇宙論的モデルでは、104個の超新星に対してχ²/dofが1.02となり、ΛCDMモデルとの良好な整合性を示した。
• このサンプルの平均SALT2フィット確率（P_fit）は0.368であり、光曲線のフィットが信頼できることを示した。
• 平均宿主銀河星の質量log₁₀M_hostは10.64で、範囲は9.44から11.50までであり、減光補正の精緻化に用いられた。
• サンプルには赤方偏移がz = 0.144からz = 0.510までの104個のSNe Iaが含まれており、広い赤方偏移範囲をカバーしている。