[論文レビュー] Measurements of Omega and Lambda from 42 High-Redshift Supernovae

S. Perlmutter, G. Aldering+30 more|Dipòsit Digital de la Universitat de Barcelona (Universitat de Barcelona)|Dec 8, 1998

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 92

ひとこと要約

本稿では、42個の高赤方偏移Ia型超新星の等級-赤方偏移関係を用いて、質量密度（Ω_M）および宇宙定数（Ω_Λ）の宇宙論的制約を提示する。非ゼロで正の宇宙定数の強力な証拠（P(Λ>0)=99%）と、平坦宇宙（Ω_M^flat=0.28⁺⁰.⁰⁹₋₀.⁰⁸（統計的）および ⁺⁰.⁰⁵₋₀.⁰⁴（系境的））が得られ、加速膨張を示唆している。

ABSTRACT

We report measurements of the mass density, Omega_M, and cosmological-constant energy density, Omega_Lambda, of the universe based on the analysis of 42 Type Ia supernovae discovered by the Supernova Cosmology Project. The magnitude-redshift data for these SNe, at redshifts between 0.18 and 0.83, are fit jointly with a set of SNe from the Calan/Tololo Supernova Survey, at redshifts below 0.1, to yield values for the cosmological parameters. All SN peak magnitudes are standardized using a SN Ia lightcurve width-luminosity relation. The measurement yields a joint probability distribution of the cosmological parameters that is approximated by the relation 0.8 Omega_M - 0.6 Omega_Lambda ~= -0.2 +/- 0.1 in the region of interest (Omega_M 0) = 99%, including the identified systematic uncertainties. The best-fit age of the universe relative to the Hubble time is t_0 = 14.9{+1.4,-1.1} (0.63/h) Gyr for a flat cosmology. The size of our sample allows us to perform a variety of statistical tests to check for possible systematic errors and biases. We find no significant differences in either the host reddening distribution or Malmquist bias between the low-redshift Calan/Tololo sample and our high-redshift sample. The conclusions are robust whether or not a width-luminosity relation is used to standardize the SN peak magnitudes.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移Ia型超新星のサンプルを用いて、宇宙論的パラメータΩ_MおよびΩ_Λを決定すること。
• データがΛ=0の平坦宇宙論と他の標準宇宙論モデルと整合しているかを検証すること。
• 宿主銀河の赤化、マールムクイストバイアス、および消光補正手法などの系統的効果が宇宙論的パラメータ推定に与える影響を評価すること。
• 光曲線幅-明るさ関係を用いた標準化の変化に対する結果の頑健性を評価すること。
• 時間的に変化するダークエネルギーまたは修正重力理論などの仮説的代替モデルを制限すること。

提案手法

• 赤方偏移z=0.18〜0.83の42個の高赤方偏移SNe Iaの等級-赤方偏移データと、低赤方偏移SNe Ia（z<0.1）19個のCalán/Tololo調査データを統合する。
• 光曲線幅-明るさ関係を用いてピーク等級を標準化し、固有の明るさのばらつきを補正する。
• 宇宙論的パラメータは連合尤度解析により制約され、事後分布は関係式 0.8Ω_M − 0.6Ω_Λ ≈ −0.2 ± 0.1 で近似される。
• 系統的不確実性は、高赤方偏移および低赤方偏移サンプル間の宿主赤化分布およびマールムクイストバイアスの比較により定量化される。
• 消光補正にはベイズ的手法を用い、保守的な事前分布を適用し、異なる消光推定手法の影響を評価する。
• 非ガウス事後分布を考慮した最尤フィットを実施し、モードに基づく補正による偏りを回避する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 42個の高赤方偏移Ia型超新星のサンプルから得られるΩ_MおよびΩ_Λの連合制約は何か？
• RQ2 データは宇宙定数の存在をどの程度制約し、Λ>0の信頼度は何か？
• RQ3 宿主銀河の赤化、マールムクイストバイアス、消光補正手法などの系統的効果に対して結果は頑健か？
• RQ4 色超過やフィット残差の外れ値の有無が、宇宙論的パラメータ推定に影響を与えるか？
• RQ5 平坦なΛ=0宇宙論と、オープンなΛ=0宇宙論と比較して、結果はどうなるか？

主な発見

• データは、0.8Ω_M − 0.6Ω_Λ ≈ −0.2 ± 0.1 で近似される連合尤度分布を示し、非ゼロの宇宙定数を示唆している。
• 平坦宇宙の仮定下では、最尤の質量密度はΩ_M^flat = 0.28⁺⁰.⁰⁹₋₀.⁰⁸（1σ統計的誤差）および ⁺⁰.⁰⁵₋₀.⁰⁴（系統的誤差）である。
• 宇宙定数が正である確率は99%であり、Λ=0の平坦宇宙論を強く否定する。
• 平坦宇宙論下での最尤の宇宙年齢は、t₀^flat = 14.9⁺¹.⁴₋₁.¹（0.63/h）Gyrである。
• 高赤方偏移および低赤方偏移サンプル間で、宿主赤化やマールムクイストバイアスに顕著な差は認められず、系統的誤差が一貫していることが示された。
• 光曲線幅-明るさ関係を用いた標準化の有無に関わらず、結果は頑健であり、色や残差の外れ値の除外に対しても感度が低い。