[論文レビュー] The Zwicky Transient Facility Bright Transient Survey I: Spectroscopic Classification and the Redshift Completeness of Local Galaxy Catalogs

C. Fremling, Adam A. Miller+38 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2019

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、Zwicky Transient Facility Bright Transient Survey (BTS) から得た 761 個の銀河間トランジエントの、最初の大規模でフラックス制限付きの分光分類を提示し、Ia型超新星の宿主銀河に対して赤方偏移完全度係数 (RCF) 44%±1% を達成した。RCF は距離とともに徐々に低下し、z ≤ 0.05 では約 60% に低下する。赤方偏移と赤外線全放射光度を用いたロジスティック回帰と MCMC 推論により、赤方偏移の利用可能性の条件付き確率をモデル化した。

ABSTRACT

The Zwicky Transient Facility (ZTF) is performing a three-day cadence survey of the visible Northern sky (~3$π$). The transient candidates found in this survey are announced via public alerts. As a supplementary product ZTF is also conducting a large spectroscopic campaign: the ZTF Bright Transient Survey (BTS). The goal of the BTS is to spectroscopically classify all extragalactic transients brighter than 18.5 mag at peak brightness and immediately announce those classifications to the public. Extragalactic discoveries from ZTF are predominantly Supernovae (SNe). The BTS is the largest flux-limited SN survey to date. Here we present a catalog of the761 SNe that were classified during the first nine months of the survey (2018 Apr. 1 to 2018 Dec. 31). The BTS SN catalog contains redshifts based on SN template matching and spectroscopic host galaxy redshifts when available. Based on this data we perform an analysis of the redshift completeness of local galaxy catalogs, dubbed as the Redshift Completeness Fraction (RCF; the number of SN host galaxies with known spectroscopic redshift prior to SN discovery divided by the total number of SN hosts). In total, we identify the host galaxies of 512 Type Ia supernovae, 227 of which have known spectroscopic redshifts, yielding an RCF estimate of $44\% \pm1\%$. We find a steady decrease in the RCF with increasing distance in the local universe. For z<0.05, or ~200 Mpc, we find RCF=0.6, which has important ramifications when searching for multimessenger astronomical events. Prospects for dramatically increasing the RCF are limited to new multi-fiber spectroscopic instruments, or wide-field narrowband surveys. We find that existing galaxy redshift catalogs are only $50\%$ complete at $r\approx16.9$ mag. Pushing this limit several magnitudes deeper will pay huge dividends when searching for electromagnetic counterparts to gravitational wave events.

研究の動機と目的

• ZTF の運用開始後 9 ヵ月間、gZTF もしくは rZTF フィルタで 18.5 mag より明るい銀河間トランジエントを、分光的に分類すること。
• Ia型超新星の宿主銀河が事前に分光的赤方偏移を有する割合を測定することで、近傍銀河カタログの赤方偏移完全度係数 (RCF) を決定すること。
• 特に近傍宇宙（z ≤ 0.05）において、RCF が赤方偏移および宿主銀河の光度にどのように依存するかを評価すること。
• 赤方偏移と絶対等級の関数として定義されるロジスティック関数を用いて、銀河がカタログに赤方偏移を有する条件付き確率をモデル化し、MCMC サンプリングによりパラメータを推定すること。
• 今後のマルチメッセンジャーやトランジエント研究のため、分光的に分類されたトランジエントおよびその宿主銀河の赤方偏移を含む、公開型でオープンアクセスのカタログを提供すること。

提案手法

• BTS は ZTF トランジエントアラートを対象として大規模な分光キャンペーンを実施し、ピークで gZTF もしくは rZTF フィルタで 18.5 mag より明るい銀河間トランジエントを対象とする。
• テンプレートマッチングと、利用可能な場合の宿主銀河の赤方偏移を用いて分光的分類を実施し、761 個の分類済み SNe のカタログが作成された。
• 赤方偏移完全度係数 (RCF) は、分光的赤方偏移が既知の SNe 宿主銀河数を、全 SNe 宿主銀河数で割った比として計算された。
• 赤方偏移の利用可能性の条件付き確率を推定するためにロジスティック回帰モデルが用いられ、p(z,M,θ) = 1 / (1 + exp(az + bM - c)) と表記され、ここで z は赤方偏移、M は絶対等級、θ = (a,b,c) はモデルパラメータである。
• アフィン不変性を有するサンプリングを用いたマルコフ連鎖モンテカルロ法 (MCMC) を用いて、パラメータ a, b, c の事後分布を推定し、広い平坦な事前分布と自己相関長に基づく収束基準を適用した。
• モデルの妥当性は、RCF が赤方偏移および光度に依存するかを別々に分析することで検証され、図 8 のサイドパネルに中央値確率および 90% 信頼区間として可視化された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近傍宇宙における Ia 型超新星の宿主銀河のカタログの赤方偏移完全度係数 (RCF) は何か？
• RQ2 近傍宇宙において、距離（赤方偏移）が増加するにつれて RCF はどのように変化するか？
• RQ3 W1 バンドにおける絶対等級で測定された宿主銀河の光度に、赤方偏移の利用可能性はどのように依存するか？
• RQ4 ロジスティック回帰モデルは、赤方偏移と光度に基づいて、銀河がカタログに赤方偏移を有する条件付き確率を効果的に捉えられるか？
• RQ5 マルチメッセンジャーエーラにおいて、特に重力波または高エネルギートランジエント事象の宿主銀河を特定する際に、低 RCF がどのような影響を及えるか？

主な発見

• BTS カタログには、ZTF の運用 9 ヵ月間にわたり観測された 761 個の分光的に分類された銀河間トランジエントが含まれており、主に Ia 型超新星である。
• Ia 型 SNe 宿主銀河の赤方偏移完全度係数 (RCF) は 44%±1%（90%信頼区間）であり、512 個の宿主銀河のうち 227 個が事前の分光的赤方偏移を有していた。
• RCF は赤方偏移が増加するにつれて徐々に低下し、z ≤ 0.05（約 200 Mpc）では約 60% に低下する。
• 赤方偏移と絶対等級の関数として定義されるロジスティック関数が、赤方偏移利用可能性の条件付き確率を最もよくモデル化しており、光度係数と赤方偏移係数の間で強い事後共分散が認められた。
• モデルは、高赤方偏移および光度が小さい宿主銀河では RCF が顕著に低くなることを示しており、現在のカタログが遠方および低光度系に対して不完全であることを示している。
• 本研究は、RCF を顕著に向上させるには、近傍宇宙に約 1000 万個の銀河をカタログ化できる、新しい広視野・マルチファイバー分光調査が必要であると結論づけた。