[論文レビュー] Line Profiles of Intermediate Redshift Type Ia Supernovae

K. Konishi, J. Frieman+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、SDSS-II サーベイから得られた 59 個の中赤方偏移 Ia 型超新星（0.05 < z < 0.4）を、すばる望遠鏡のスペクトルを用いて分析し、UV から可視光にわたる波長域で線スペクトルのドップラー速度、ピーク波長、および擬似等価幅（pEW）を測定した。中赤方偏移 SNe Ia の線スペクトルプロファイルは、2σ の範囲内で近接した SNe Ia と一致しており、中赤方偏移範囲における標準キャンドルとしての使用を支持する。また、中赤方偏移 SNe Ia の Mg ii λ4300 の pEW にやや高い値が見られる可能性があることから、前身星の組成に差がある可能性が示唆される。

ABSTRACT

We present the temporal evolution of line profiles ranging from near ultraviolet to optical wavelengths by analyzing 59 Subaru telescope spectra of normal Type Ia Supernovae (SNe Ia) in the intermediate redshift range (0.05 &lt; z &lt; 0.4) discovered by the Sloan Digital Sky Survey-II (SDSS-II) Supernova Survey. We derive line velocities, peak wavelengths and pseudo-equivalent widths (pEWs) of these lines. Additionally, we compare the line profiles around the date of maximum brightness with those from their nearby counterparts. We find that line profiles represented by their velocities and pEWs for intermediate redshift SNe Ia are consistent with their nearby counterparts within 2 $σ$. These findings support the picture that SNe Ia are a "standard" candle for the intermediate redshift range as has been shown between SNe Ia at nearby and high redshifts. There is a hint that the "MgII λ4300" pEW distribution for intermediate redshift SNe Ia is larger than for the nearby sample, which could be interpreted as a difference in the progenitor abundance.

研究の動機と目的

• 中赤方偏移（0.05 < z < 0.4）における Ia 型超新星（SNe Ia）の分光的性質が、近接 SNe Ia と一貫しているかどうかを調査すること。
• 赤方偏移にわたる線スペクトルの比較を通じて、中赤方偏移範囲における SNe Ia が標準キャンドルとしての信頼性を持つかどうかを評価すること。
• 前身星の組成や爆発メカニズムの変化を示唆する可能性がある、線速度や pEW などの分光的特徴の進化を検討すること。
• 特に Si ii λ4130 および Mg ii λ4300 といった特定の分光的特徴が、宇宙論的研究における分光的明るさ指標としての適性を評価すること。

提案手法

• すばる望遠鏡の FOCAS 装置を用いて、中赤方偏移範囲（0.05 < z < 0.4）の正常な SNe Ia 59 個の高信号対雑音比スペクトルを取得した。
• B バンド最大光度から -10 〜 +40 日の各フェーズで、Si ii λ4130、Si ii λ5972、Si ii λ6355、S ii λ5640、Mg ii λ4300 といった主要な分光的特徴の線速度、ピーク波長、および擬似等価幅（pEW）を測定した。
• 中赤方偏移 SNe Ia の線スペクトルプロファイルの時間的変化を、SUSPECT データベースに収録された近接 SNe Ia のものと比較した。
• 2σ の信頼区間を用いて、中赤方偏移と近接 SNe Ia のサンプル間の一貫性を評価する統計的比較を実施した。
• pEW の固有分散とフェーズ依存性を評価し、最も適した分光的明るさ指標を特定した。
• 赤方偏移にわたる銀河減算および特徴測定におけるシステム的差を最小限に抑えるために、統一されたデータ還元および解析パイプラインを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中赤方偏移 SNe Ia の線速度および pEW は、2σ の不確実性の範囲内で近接 SNe Ia と一貫しているか？
• RQ2 Si ii λ4130 や Mg ii λ4300 といった分光的特徴の時間的変化が、中赤方偏移と近接 SNe Ia で異なるか？
• RQ3 Mg ii λ4300 の pEW 分布に赤方偏移依存の進化が見られ、前身星の金属量や組成の差を示唆する証拠があるか？
• RQ4 pEW の分散とフェーズ依存性に基づいて、どの分光的特徴が最も強く分光的明るさ指標としての使用を支持するか？

主な発見

• 中赤方偏移 SNe Ia の線速度および pEW は、2σ の信頼区間内で近接 SNe Ia と一貫しており、中赤方偏移範囲における標準キャンドルとしての使用を支持する。
• 中赤方偏移 SNe Ia の Mg ii λ4300 特徴の pEW 分布は、近接 SNe Ia よりもわずかに大きい可能性を示しており、前身星の組成や金属量の差異がある可能性を示唆する。
• Si ii λ4130 の pEW は、光学的 Si ii 線の中で固有分散に対するフェーズ依存性の比が最も高く、分光的明るさ指標として最も適した候補である。
• Si ii λ6355、Ca ii λ3945、S ii λ5454 といった特徴に関しては、中赤方偏移と近接 SNe Ia の間で線速度や pEW に顕著な進化は観測されず、SN Ia の分光的性質が宇宙時間にわたって安定していることを支持する。
• S ii λ5640 の線速度は、近接 SNe Ia と同じ母集団から抽出される確率が低かったが、不確実性の範囲内に収まっており、進化の強い証拠はない。
• 本研究では、SNe Ia が赤方偏移にわたって一貫した分光的挙動を示すことが確認され、宇宙論的距離測定における応用の基盤が強化された。