[論文レビュー] Near-IR Type Ia SN distances: host galaxy extinction and mass-step corrections revisited

J. Johansson, S. B. Cenko+18 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2021

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

ひとこと要約

本研究は、42個のiPTF SNe Iaの多バンド光学および近赤外線（YJH）データを用いて、Type Ia超新星における宿主銀河質量ステップを再評価する。近赤外線の磁束に顕著な質量ステップは認められないが、R_Vを個々の超新星ごとにフィットするか、グローバルに仮定するかに関わらず同様である。一方、光学領域の質量ステップは個々のR_V値を用いることで消滅する。これは、ほこりの性質の変動—内在的明るさの違いではなく—が光学領域の質量ステップを引き起こしている可能性を示唆する。

ABSTRACT

We present optical and near-infrared (NIR, $YJH$-band) observations of 42 Type Ia supernovae (SNe Ia) discovered by the untargeted intermediate Palomar Transient Factory (iPTF) survey. This new data-set covers a broad range of redshifts and host galaxy stellar masses, compared to previous SN Ia efforts in the NIR. We construct a sample, using also literature data at optical and NIR wavelengths, to examine claimed correlations between the host stellar masses and the Hubble diagram residuals. The SN magnitudes are corrected for host galaxy extinction using either a global total-to-selective extinction ratio, $R_V$=2.0 for all SNe, or a best-fit $R_V$ for each SN individually. Unlike previous studies which were based on a narrower range in host stellar mass, we do not find evidence for a "mass-step", between the color- and stretch-corrected peak $J$ and $H$ magnitudes for galaxies below and above $\log(M_{*}/M_{\odot}) = 10$. However, the mass-step remains significant ($3σ$) at optical wavelengths ($g,r,i$) when using a global $R_V$, but vanishes when each SN is corrected using their individual best-fit $R_V$. Our study confirms the benefits of the NIR SN Ia distance estimates, as these are largely exempted from the empirical corrections dominating the systematic uncertainties in the optical.

研究の動機と目的

• 近赤外線（YJH）タイプIa超新星ハッブル図残差における宿主銀河星質量ステップの存在を調査すること。
• すべての超新星に共通の全散乱対選択的散乱比（R_V = 2.0）を仮定することで生じる光学領域の質量ステップが、観測的アーティファクトであるかどうかを評価すること。
• 個々の超新星ごとのR_V値を用いることで、質量ステップが減少または消失するかどうかを特定し、その起源を明確にすること。
• ほこりおよび宿主銀河の性質に起因する系統的不確実性を最小限に抑えるために、近赤外線SN Ia距離の有効性を評価すること。
• 低質量宿主銀河と高質量宿主銀河におけるSN Ia集団の内在的差異（例えば、色-明るさ関係）が、質量ステップを説明できるかどうかを検証すること。

提案手法

• 多エポックの光学および近赤外線（YJH）光度測定を、多様な宿主銀河星質量を持つ42個のiPTF発見SN Iaについて取得した。
• SNooPyソフトウェアを用い、CCM散乱モデルを適用して個々の超新星の光曲線をフィットし、それぞれの超新星についてE(B-V)とR_Vを同時に決定した。
• 全般的なR_V = 2.0と個々の超新星の最良適合R_V値の両方を用いて、超新星の磁束を補正し、質量ステップが散乱モデルに依存するかどうかを評価した。
• 文献データを組み合わせたサンプルを構築し、宿主星質量関数としてのハッブル図残差を分析した。
• 異なる散乱仮定のもとで、光学（gri）と近赤外線（YJH）バンドにおける質量ステップの有意性を比較した。
• 統計的検定を用いて、宿主銀河星質量との残差相関の有意性を評価し、3σの閾値を含めた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宿主銀河の散乱を補正した後、近赤外線（YJH）ハッブル図残差に顕著な質量ステップが存在するか？
• RQ2 個々のR_V値を用いることで、固定されたR_V = 2.0を仮定する場合と比べて、光学領域の質量ステップは消えるか？
• RQ3 観測された光学領域の質量ステップは、主に宿主銀河間でのほこりの性質の変動（例えば、R_V）に起因しているか？
• RQ4 光学領域と比較して、近赤外線SN Ia距離はどの程度系統的不確実性を低減するか？
• RQ5 質量ステップは、低質量宿主と高質量宿主におけるSN Ia集団の内在的差異（例えば、異なる色-明るさ関係）によって説明できるか？

主な発見

• 近赤外線（YJH）ハッブル図残差には、R_Vを個々の超新星ごとにフィットするか、グローバルに仮定するかに関わらず、顕著な質量ステップは認められない。
• 個々のR_V値を用いた散乱補正により、光学領域の質量ステップ（0.07–0.1 mag）は消滅する。これは、固定されたR_Vモデルによるものであり、物理的効果ではなく観測的アーティファクトであることを示唆する。
• 全般的なR_V = 2.0をすべての超新星に適用すると、質量ステップが再び現れる。これは、宿主銀河間で一貫しないほこりの性質が補正を歪める可能性を示唆する。
• 結果は、光学領域の質量ステップが、主に宿主銀河内でのほこりの性質（例：R_V）の変動に起因しているのではなく、内在的超新星明るさの違いによるものではないという仮説を支持する。
• 近赤外線SN Ia距離は、質量ステップやその他の散乱関連の系統的不確実性からほとんど影響を受けず、低散乱距離指標としての有効性を確認した。
• 本研究は、質量ステップがSN Iaの根本的性質ではなく、ほこりのモデリング仮定に起因する観測的アーティファクトであるという強力な証拠を提供する。