[論文レビュー] Hubble Residuals of Nearby SN Ia Are Correlated with Host Galaxy Masses

Patrick L. Kelly, M. Hicken+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、低赤方偏移（z < 0.08）のより質量が大きく、サイズも大きい宿主銀河に属するIa型超新星（SN Ia）が、4つの光曲線フィッターで一貫して明るめのハッブル残差を示すことが判明した。光曲線補正後、約10%明るく、有意水準は約2.5σである。光曲線パラメータのトレンドを補正してもこの効果は残り、宿主銀河質量がSN Ia距離測定における主要な系制度である可能性を示唆している。

ABSTRACT

From Sloan Digital Sky Survey u'g'r'i'z' imaging, we estimate the stellar masses of the host galaxies of 70 low redshift SN Ia (0.015 < z < 0.08) from the hosts' absolute luminosities and mass-to-light ratios. These nearby SN were discovered largely by searches targeting luminous galaxies, and we find that their host galaxies are substantially more massive than the hosts of SN discovered by the flux-limited Supernova Legacy Survey. Testing four separate light curve fitters, we detect ~2.5{\sigma} correlations of Hubble residuals with both host galaxy size and stellar mass, such that SN Ia occurring in physically larger, more massive hosts are ~10% brighter after light curve correction. The Hubble residual is the deviation of the inferred distance modulus to the SN, calculated from its apparent luminosity and light curve properties, away from the expected value at the SN redshift. Marginalizing over linear trends in Hubble residuals with light curve parameters shows that the correlations cannot be attributed to a light curve-dependent calibration error. Combining 180 higher-redshift ESSENCE, SNLS, and HigherZ SN with 30 nearby SN whose host masses are less than 10^10.8 solar masses in a cosmology fit yields 1+w=0.22 +0.152/-0.143, while a combination where the 30 nearby SN instead have host masses greater than 10^10.8 solar masses yields 1+w=-0.03 +0.217/-0.108. Progenitor metallicity, stellar population age, and dust extinction correlate with galaxy mass and may be responsible for these systematic effects. Host galaxy measurements will yield improved distances to SN Ia.

研究の動機と目的

• 低赤方偏移におけるSN Iaのハッブル残差と、特に星族質量およびサイズの宿主銀河特性との相関を調査すること。
• これらの相関が、光曲線フィッターのキャリブレーション誤差に起因するのか、それとも本質的な天体物理学的系制度に起因するのかを特定すること。
• 宿主銀河質量が宇宙論的パラメータ推定（特にw（ダークエネルギー状態方程式））に与える影響を評価すること。
• 前身星の金属量、星族年齢、あるいはほこりの減光（これらは銀河質量と相関すると知られている）が、観測された系制度の原因であるかどうかを検討すること。

提案手法

• スローンデジタルスカイサーベイ（Sloan Digital Sky Survey）のu'g'r'i'z'光度測定を用い、絶対光度と質量対光度比を介して、70個の近傍SN Ia宿主銀河の星族質量を推定した。
• 宿主銀河のサイズと星族質量を測定し、ハッブル残差（SNの赤方偏移における推定距離モジュラスの期待値からのずれ）との相関を検証した。
• 観測された相関の堅牢性を確認し、キャリブレーション依存の誤差を排除するために、4つの独立した光曲線フィッターを適用した。
• 180個の高赤方偏移SN Ia（ESSENCE, SNLS, HigherZ）と、宿主質量（10^10.8 M☉未満 vs. 以上）で分類された30個の近傍SN Iaを組み合わせた宇宙論的フィットを実施し、1+wに与える影響を評価した。
• 光曲線パラメータとの線形トレンドを統合することで、宿主銀河質量の寄与を分離した。
• 銀河質量と相関すると知られている金属量、星族年齢、ほこりの減光といった潜在的物理的要因を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低赤方偏移SN Iaのハッブル残差と、その宿主銀河の星族質量またはサイズとの間に有意な相関があるか？
• RQ2 観測された相関は、光曲線フィッターのシステム的誤差またはキャリブレーション誤差によって説明できるか？
• RQ3 宿主銀河質量の組み込みが、特にダークエネルギー状態方程式wの宇宙論的パラメータ推定にどのように影響するか？
• RQ4 前身星の金属量、星族年齢、あるいはほこりの減光（これらは宿主銀河質量と相関する）が、観測されたハッブル残差トレンドの原因であるか？

主な発見

• 近傍SN Iaのハッブル残差は、宿主銀河のサイズおよび星族質量と約2.5σの相関を示しており、より大きく、より質量の大きな銀河に属する超新星は、光曲線補正後、約10%明るくなっている。
• 光曲線パラメータとの線形トレンドを統合した後も相関が有意であるため、キャリブレーション誤差が主因ではないことが示された。
• 宿主質量が10^10.8 M☉未満の近傍SN Iaを高赤方偏移SN Ia（180個）と組み合わせた場合、宇宙論的フィットで1+w = 0.22 +0.152/-0.143が得られた。
• 宿主質量が10^10.8 M☉以上の近傍SN Iaを用いた場合、フィットでは1+w = -0.03 +0.217/-0.108が得られ、推定されるダークエネルギーの性質に顕著なシフトが生じた。
• 観測された系制度は、宿主銀河質量と相関する可能性のある天体物理学的要因（前身星の金属量、星族年齢、ほこりの減光）によって引き起こされている可能性が高い。
• 正確な宿主銀河の測定により、これらの質量依存系制度を補正することで、SN Iaの距離推定が向上する可能性がある。