[論文レビュー] The Rate of Supernovae at Redshift 0.1-1.0 - the Stockholm VIMOS Supernova Survey IV

Jens Melinder, T. Dahlén+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 92被引用数 29

ひとこと要約

本研究では、ストックホルムVIMOS超新星調査（SVISS）を用いて、赤方偏移z=0.1–1.0の範囲で、最初の直接測定による核心崩壊型およびIa型超新星の発生率を報告する。16個の超新星を光度的分類し、宿主銀河の赤方偏移を分析した結果、z̄=0.39における核心崩壊型発生率は$3.29_{-1.78}^{+3.08} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³、z̄=0.73では$6.40_{-3.12}^{+5.30} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³であり、Ia型はz̄=0.62で$1.29_{-0.57}^{+0.88} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³であった。全測定値は、減光および系境的要因を補正済みであり、ほこりの減光を適切に考慮すれば理論的モデルと良好に一致する。

ABSTRACT

We present supernova rate measurements at redshift 0.1-1.0 from the Stockholm VIMOS Supernova Survey (SVISS). The sample contains 16 supernovae in total. The discovered supernovae have been classified as core collapse or type Ia supernovae (9 and 7, respectively) based on their light curves, colour evolution and host galaxy photometric redshift. The rates we find for the core collapse supernovae are 3.29 (-1.78,-1.45)(+3.08,+1.98) x 10^-4 yr^-1 Mpc^-3 h70^3 (with statistical and systematic errors respectively) at average redshift 0.39 and 6.40 (-3.12,-2.11)(+5.30,+3.65) x 10^-4 yr^-1 Mpc^-3 h70^3 at average redshift 0.73. For the type Ia supernovae we find a rate of 1.29 (-0.57,-0.28)(+0.88,+0.27) x 10^-4 yr^-1 Mpc^-3 h70^3 at average redshift 0.62. All of these rate estimates have been corrected for host galaxy extinction, using a method that includes supernovae missed in infrared bright galaxies at high redshift. We use Monte Carlo simulations to make a thorough study of the systematic effects from assumptions made when calculating the rates and find that the most important errors come from misclassification, the assumed mix of faint and bright supernova types and uncertainties in the extinction correction. We compare our rates to other observations and to the predicted rates for core collapse and type Ia supernovae based on the star formation history and different models of the delay time distribution. Overall, our measurements, when taking the effects of extinction into account, agree quite well with the predictions and earlier results. Our results highlight the importance of understanding the role of systematic effects, and dust extinction in particular, when trying to estimate the rates of supernovae at moderate to high redshift.

研究の動機と目的

• 深紫外光学サーベイを用いて、中程度の赤方偏移（0.1–1.0）における宇宙的超新星発生率を測定すること。
• この赤方偏移範囲における核心崩壊型とIa型超新星の相対的寄与を特定すること。
• 誤分類、減光補正、および光度関数仮定による系統的誤差を定量化すること。
• 星形成歴および遅延時間分布（DTD）モデルに基づく理論的予測と観測発生率の整合性を検証すること。
• 高赤方偏移のほこりが多くて明るい銀河における超新星の欠落が、発生率推定値に与える影響を評価すること。

提案手法

• VLTのVIMOS装置を用いた深紫外画像撮影を行い、画像差分法を用いて超新星を検出した。
• 光度曲線および色の時間的変化テンプレートを用いて、光度的分類を行い、宿主銀河の光度測定から赤方偏移を導出した。
• 赤方偏移の高い赤みが強い銀河における超新星の欠落を考慮した方法を用いて、宿主銀河の減光補正を実施した。
• 誤分類、テンプレートの混合、減光補正の不確実性からの系統的誤差を評価するために、モンテカルロシミュレーションを実施した。
• 星形成歴およびIa型超新星のさまざまなDTDモデルに基づく理論的予測と結果を比較した。
• 統計的および系統的要因に分けて系統的誤差を推定し、高減光環境によるバイアスも含めた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移z=0.1–1.0における核心崩壊型およびIa型超新星の測定発生率は何か？
• RQ2 特に誤分類および減光補正による系統的誤差が、高赤方偏移における超新星発生率測定の信頼性にどのように影響するか？
• RQ3 観測発生率が星形成歴および遅延時間分布に基づく理論的モデルとどの程度整合的か？
• RQ4 高赤方偏移における、ほこりが多くて明るい銀河における超新星の欠落が引き起こすバイアスはどの程度顕著か？
• RQ5 超新星の欠落率をULIRG（超高赤外光度銀河）に対して固定割合と仮定した場合、DTD推定値にどのような影響を与えるか？

主な発見

• z̄=0.39における核心崩壊型超新星発生率は$3.29_{-1.78}^{+3.08} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³であり、統計的および系統的誤差を含む。
• z̄=0.73における核心崩壊型発生率は$6.40_{-3.12}^{+5.30} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³であり、赤方偏移とともに顕著に増加している。
• z̄=0.62におけるIa型超新星発生率は$1.29_{-0.57}^{+0.88} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³であり、宿主銀河の減光補正済み。
• 系統的誤差は、誤分類、テンプレート混合仮定、減光補正が主因であり、不確実性は最大で50％に達する。
• ほこりの減光および系統的要因を適切に考慮すれば、結果は理論的モデルと整合的である。
• 本研究では、ULIRGにおける超新星欠落率をゼロと仮定すると、特に短い遅延時間成分が存在する場合、DTD推定にバイアスが生じる可能性があると示唆している。