[論文レビュー] The supernova Ia 2011fe in M101, its tip of the red-giant branch (TRGB) distance, and the value of H_0

G. Tammann, B. Reindl|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、M101銀河におけるよく観測されたIa超新星SN 2011feと、赤巨星の巨星回折端（TRGB）距離モジュラス (m−M) = 29.39 ± 0.05を組み合わせ、超新星の絶対等級を導出し、ハッブル定数を校正する。広域的なH₀値は64.3 ± 1.9 ± 3.2 km s⁻¹ Mpc⁻¹であり、Cepheidに基づく距離スケールとは独立した、信頼性の高い代替手段としてTRGBが有効であることを示唆している。

ABSTRACT

The light curve parameters of the normal type Ia SN2011fe are derived from the rich archive of the AAVSO. This leads, together with the TRGB distance modulus of (m-M) = 29.39 +/- 0.05 of the parent galaxy M101, to maximum magnitudes of the unreddened SN of M_B = -19.45 +/- 0.08, M_V = -19.46 +/- 0.08, and M_I = -19.25 +/- 0.06 (for the standard decline rate of Delta m_15 = 1.1). When these values are inserted into the Hubble line defined by 62 SNe Ia with 3000 < v < 20,000 km/s - and considering also four other SNe Ia with TRGB distances - one obtains a large-scale value of the Hubble constant of H_0 = 64.3 +/- 1.9 +/- 3.2. This value can be much improved in the future by using only TRGB distances of SNe Ia.

研究の動機と目的

• M101へのTRGB距離を用いてIa超新星の明るさを校正し、宇宙距離階層の独立した基準点を提供すること。
• Cepheid距離スケールの不確実性を回避するために、TRGBで校正されたSNe Iaから導かれるハッブル定数（H₀）の整合性を検証すること。
• 特にSNe Iaの校正に用いる際、内部吸収が小さいスパイラル銀河におけるTRGB距離指標の信頼性を評価すること。
• Cepheidの周期-等級関係およびその金属量依存性の不確実性に依存を最小限に抑えることで、系統誤差の小さいH₀の推定値を提供すること。

提案手法

• M101のTRGB距離モジュラスは、校正済みの絶対等級M*I = −4.05 ± 0.02を用い、観測されたIバンドのTRGBの等級I* = 25.35 ± 0.04から導出される。
• SN 2011feの光曲線は、AAVSOアーカイブの4,143個のVバンド、190個のBバンド、252個のIバンドの等級データを用いて解析された。
• 観測等級を銀河系の減光および内部吸収が無視できる程度（E(B−V) ≈ 0.02 ± 0.03）と仮定して補正し、SNeの固有等級が導かれた。
• Δm₁₅ = 1.1におけるピーク等級は、M_B = −19.45 ± 0.08、M_V = −19.46 ± 0.08、M_I = −19.25 ± 0.06として測定された。
• これらの絶対等級は、速度が3,000〜20,000 km s⁻¹の62個のSNe Iaを含むハッブル図に組み込まれ、4つのTRGB距離が与えられたSNe Iaを用いた追加の検証も実施された。
• ハッブル図に対して線形回帰を適用し、H₀値が導出された。統計的誤差と系統誤差の成分がそれぞれ推定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AAVSOの光曲線とTRGB photometryを用いて、M101へのTRGB距離モジュラスはどの程度の精度で決定できるか？
• RQ2 Galactic減光を補正し、Δm₁₅ = 1.1を仮定した場合、SN 2011feのB、V、Iバンドにおける絶対等級は何か？
• RQ3 Cepheidに基づく距離スケールとは対照的に、TRGBで校正されたSNe Iaから導かれるハッブル定数H₀は、どのように比較されるか？
• RQ4 特に金属量や内部赤化に関して、TRGB法はCepheid距離測定と比較してどの程度系統誤差を低減するか？
• RQ5 内部吸収が小さく、明確な光曲線を持つことから、SN 2011feはSNe Iaの明るさ校正に信頼できる標本として機能できるか？

主な発見

• M101へのTRGB距離モジュラスは、IバンドTRGB平均等級I* = 25.35 ± 0.04および校正済みM*I = −4.05 ± 0.02を用いて、(m−M) = 29.39 ± 0.05 magと決定された。
• SN 2011feのΔm₁₅ = 1.1における絶対等級は、M_B = −19.45 ± 0.08、M_V = −19.46 ± 0.08、M_I = −19.25 ± 0.06であり、内部減光は無視できる程度（E(B−V) ≈ 0.02 ± 0.03）であった。
• 速度が20,000 km s⁻¹までの62個のSNe Iaを用いたハッブル図から導かれたハッブル定数は、H₀ = 64.3 ± 1.9 ± 3.2 km s⁻¹ Mpc⁻¹であった。
• 統計的誤差は1.9 km s⁻¹ Mpc⁻¹であり、系統誤差（主にTRGB距離の仮定による）は5%未満と推定された。
• この結果は、他のTRGBおよび人口II型距離基準からの推定値（例：78個の銀河から得られた62.9 ± 1.6）と整合し、Cepheidに基づく方法による高い値とは対照的である。
• 本研究は、特に内部吸収が小さく、赤巨星の集団が明確に解像可能な銀河において、SNe Iaの校正に用いる際、TRGBが優れた独立した距離指標であると提唱している。