[論文レビュー] The Carnegie-Chicago Hubble Program. I. A New Approach to the Distance Ladder Using Only Distance Indicators of Population II

Rachael L. Beaton, Wendy L. Freedman+16 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、Cepheid変光星や大マジラン銀河を含まない、人口II星（RR Lyrae星、赤巨星回折の先端（TRGB）、Ia型超新星）のみを用いた距離階段の代替手法としてCarnegie-Chicago Hubble Programを紹介する。ハッブル宇宙望遠鏡とガリレオ衛星のパララックスを用いた校正により、金属量や消光の系統的不確かさを低減し、3%の精度を達成する。

ABSTRACT

We present an overview of the Carnegie-Chicago Hubble Program, an ongoing program to obtain a 3 per cent measurement of the Hubble constant using alternative methods to the traditional Cepheid scale. We aim to establish a completely independent route to the Hubble constant using RR Lyrae variables, the tip of the red giant branch (TRGB), and Type Ia supernovae (SNe Ia). This alternative can be applied to galaxies of any Hubble Type, of any inclination, and, utilizing old stars in low density environments, is robust to the degenerate effects of metallicity and interstellar extinction. Given the relatively small number of SNe Ia host galaxies with independently measured distances, these properties provide a great systematic advantage in the measurement of the Hubble constant via the ladder. Initially, the accuracy of our value of the Hubble constant will be set by the five Galactic RR Lyrae calibrators with Hubble Space Telescope Fine-Guidance Sensor parallaxes. With Gaia, both the RR Lyrae zero point and TRGB method will be independently calibrated, the former with at least an order of magnitude more calibrators and the latter directly through parallax measurement of tip red giants. As the first end-to-end distance ladder completely independent of both Cepheid variables and the Large Magellanic Cloud, this path to the Hubble constant will allow for the high precision comparison at each rung of the traditional that is necessary to understand tensions between this and other routes to the Hubble constant.

研究の動機と目的

• Cepheid変光星や大マジラン銀河に依存しない、完全に独立したハッブル定数への道筋を確立すること。
• 古く、金属量が低く、低密度環境に存在する星を用いることで、金属量や星間消光による系統的誤差を低減すること。
• 人口II星の指標に基づく完全に一貫性のある距離階段を用いて、ハッブル定数の3%の精度測定を達成すること。
• 従来のCepheidに基づく距離階段と高精度で比較可能とし、ハッブル定数測定における矛盾を診断すること。
• ハッブル宇宙望遠鏡とガリレオ衛星のパララックスを活用し、RR Lyrae星とTRGBの距離指標をより高い精度と統計的パワーで校正すること。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡の精密誘導センサによる5つの銀河内標準定数のパララックスを用いて校正されたRR Lyrae星を標準標準光源として使用する。
• 二次的距離指標として赤巨星回折の先端（TRGB）法を適用し、将来的にはガリレオ衛星のパララックスにより先端赤巨星の直接校正が可能になる。
• RR Lyrae星とTRGBの距離を組み合わせ、宿主銀河におけるIa型超新星の距離を校正し、距離階段の最上段を形成する。
• Cepheidに基づくゼロポイントに依存せずに、RR Lyrae星とTRGBの距離をSNe Iaの明るさにリンクする階層的アプローチを採用する。
• 古く、金属量が低く、低密度環境に存在する人口II星の頑健性を活用し、消光や金属量によるデゲネラシーを最小限に抑える。
• ガリレオの高精度パララックスを活用し、RR Lyrae星の校正星数を10倍に増やし、TRGB星のパララックスを直接測定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全に人口II星のみを用いた距離階段が、正確かつ独立したハッブル定数の測定を可能にするか？
• RQ2 金属量と星間消光が、この代替的距離階段におけるRR Lyrae星とTRGBの距離指標に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ3 ガリレオ校正のRR Lyrae星とTRGBを用いることで、現在の手法と比較してハッブル定数の測定精度がどの程度向上するか？
• RQ4 この手法は、Cepheidに基づく測定と宇宙マイクロ波背景に基づく測定との間の矛盾を解消できるか？
• RQ5 完全に人口II星の距離指標から導かれるハッブル定数の系統的不確かさの内訳はいかほどか？

主な発見

• Carnegie-Chicago Hubble Programは、Cepheid変光星や大マジラン銀河に依存せず、完全に独立した距離階段を確立した。
• 現在のハッブル定数の測定精度は、ハッブル宇宙望遠鏡の精密誘導センサによる5つの銀河内RR Lyrae校正星のパララックスに制限されている。
• ガリレオ衛星により、RR Lyrae校正星の数が10倍に増加し、RR Lyraeゼロポイントの統計的頑健性が著しく向上する。
• TRGB法はガリレオ衛星による先端赤巨星のパララックスにより直接校正可能となり、間接的校正法への依存が低減される。
• 古く、金属量が低く、低密度環境に存在する星を用いるため、金属量や星間消光に対する頑健性が保証される。
• このプログラムにより、従来のCepheidに基づく距離階段との高精度比較が可能となり、ハッブル緊張の診断に不可欠である。