[論文レビュー] Hubble diagrams of relativistic broad-lined type Ic supernovae

Z. Cano, P. Jakobsson+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2014

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 6被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、長期間ガンマ線バースト（GRB）に関連する長線幅タイプIc超新星（SNe IcBL）を含む相対論的SNe IcBLが、BVRフィルタでp=0.02の信頼水準において統計的に有意な明るさ-減光関係を示すことを示しており、これにより局所的ハッブル定数を制約する標準化キャンドルとしての利用が可能になる。独立した距離測定がなされた2つのSNe IcBL（SN 2009bbおよびSN 2012ap）を用いて、著者らは加重平均のH₀値として82.5 ± 8.1 km s⁻¹ Mpc⁻¹を導出し、これはSNe Iaの推定値よりも1σ高く、Planckの値よりも2σ高い。これは、それらの宿主銀河グループに大きな固有運動があるためとされる。

ABSTRACT

This paper is a demonstration of how relativistic, broad-lined type Ic supernovae (SNe IcBL) can be used to constrain a value of the Hubble constant in the local universe ($H_{0}$). Included in our sample of SNe IcBL are the SNe associated with long-duration $γ$-ray bursts (GRB-SNe), as well as local relativistic SNe IcBL that are not associated with GRBs. Building upon recent results that found a luminosity$-$stretch relationship for a sample of nine GRB-SNe, we demonstrate that GRB-SNe and SNe IcBL have statistically significant luminosity$-$decline relationships in $BVR$ filters at the $p=0.02$ confidence level. Conversely, we show that SNe Ib, Ic and IIb do not have statistically significant luminosity$-$decline relationships. Two of the relativistic SNe IcBL in our sample have independent distance measurements (SN 2009bb and SN 2012ap) that we used to constrain a weighted-average value of ${H}_{0, m w}=82.5\pm8.1$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$. This value is 1$σ$ greater than that obtained using SNe Ia, and 2$σ$ larger than that determined by Planck. This difference can be attributed to large peculiar motions of the host galaxies of the two SNe IcBL, which are members of galaxy groups. When determining a value of $H_{0}$ using SNe Ib, Ic and IIb, we found an average value of $H_{0}$ that has a standard deviation of order $20-40$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$, which demonstrates that these SNe are poor cosmological candles. With the launch of the next generation of space telescopes, SNe IcBL, and in particular GRB-SNe, have the potential to constrain constrain the Hubble diagram up to a redshift of $z=3-5$.

研究の動機と目的

• 相対論的SNe IcBL（GRB-SNeおよび非GRB IcBLを含む）が、宇宙論的距離測定に適した明るさ-減光関係を示すかどうかを調査すること。
• SNe Iaと同様に、これらのSNeを標準化キャンドルとして用いて局所的ハッブル定数（H₀）を制約する可能性を検証すること。
• SNe IcBLから得られるH₀推定値の散らばりと信頼性を、SNe Iaおよび他のSNタイプのものと比較すること。
• 独立して測定された線形距離を持つSNe IcBLを用いて、固有速度がH₀推定値に与える影響を評価すること。
• 将来の宇宙望遠鏡を用いて、GRB-SNeおよびSNe IcBLがハッブル図の制約を赤方偏移z ≈ 3–5まで拡張できる可能性を評価すること。

提案手法

• 著者らは、公開された光曲線と赤方偏移を用いて、相対論的SNe IcBL（GRB-SNeおよび非GRB IcBLを含む）のサンプルを収集した。
• 観測フレームの光曲線を一貫した明るさ比較が可能な静止フレームBVRフィルタに変換するため、K補正を適用した。
• 明るさ-減光関係のフィッティングには、モンテカルロ線形最小二乗ブートストラップ法およびベイズ推論手法を用いた。
• 独立した線形距離（SN 2009bbおよびSN 2012ap）を用いて、ハッブルのりんご線をデータに対してずらしてH₀を導出した。
• 測定誤差を考慮した上で、距離が既知の2つのSNe IcBLからの加重平均H₀を計算した。
• SNe IcBLのハッブル図の散らばり（rms）をSNe Iaのそれと比較することで、標準化の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 相対論的SNe IcBLは、BVRフィルタで統計的に有意な明るさ-減光関係を示すか？
• RQ2 GRB-SNeと非GRB SNe IcBLを1つのサンプルに統合しても、SNe Iaと同等の散らばりを持つ明るさ-減光関係が得られるか？
• RQ3 独立して測定された線形距離を持つSNe IcBLを用いて、ハッブル定数（H₀）の値をどの程度得られるか？
• RQ4 宿主銀河の固有速度は、SNe IcBLから得られるH₀推定値にどのように影響を与えるか？
• RQ5 GRB-SNeおよびSNe IcBLは、将来の望遠鏡を用いて、赤方偏移z ≈ 3–5までの宇宙論的距離測定を拡張できるか？

主な発見

• 相対論的SNe IcBLは、BVRフィルタでp = 0.02の信頼水準において統計的に有意な明るさ-減光関係を示した。
• SNe Ib、Ic、およびIIbは統計的に有意な明るさ-減光関係を示さず、これは宇宙論的キャンドルとしての適性が低いことを示している。
• SN 2009bbおよびSN 2012apからの加重平均H₀は82.5 ± 8.1 km s⁻¹ Mpc⁻¹であり、これはSNe Iaの推定値よりも1σ高く、Planckの値よりも2σ高い。
• H₀の乖離は、2つのSNe IcBLの宿主銀河が銀河団に属し、大きな固有運動を示していることに起因するとされる。
• 相対論的SNe IcBLのハッブル図の平均二乗誤差（rms）散らばりは、SNe Iaと同等であり、同様の宇宙論的有用性を有する可能性を示している。
• 将来の宇宙望遠鏡を用いれば、GRB-SNeおよびSNe IcBLは赤方偏移z ≈ 3–5までハッブル図の制約を拡張できる可能性を有する。