[논문 리뷰] A Quadruply Lensed SN Ia: Gaining a Time-Delay...Losing a Standard Candle

Daniel A. Yahalomi, Paul L. Schechter외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 21.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 iPTF16geu라는 사중으로 렌즈가 된 타입 Ia 초신성의 밝기 비율 이상 현상에 대해 분석하며, 마이크로렌즈 효과만으로 관측된 밝기 불일치를 설명할 수 없다고 밝힌다. 완벽한 매크로모델이 존재하더라도 마이크로렌즈 효과는 내재된 밝기 가능성 분포의 전반적인 폭이 0.73 magnitude에 이르게 하여, 타입 Ia 초신성 표준 캔들 보정의 정밀도를 심각하게 제한한다.

ABSTRACT

We investigate the flux ratio anomalies between macro-model predictions and the observed brightness of the supernova iPTF16geu, as published in a recent paper by More et al., 2017. This group suggested that these discrepancies are, qualitatively, likely due to microlensing. We analyze the plausibility of attributing this discrepancy to microlensing, and find that the discrepancy is too large to be due to microlensing alone. This is true whether one assumes knowledge of the luminosity of the supernova or allows the luminosity to be a free parameter. Varying the dark/stellar ratio likewise doesn't help. In addition, other macro-models with quadruplicity from external shear or ellipticity do not significantly improve to model. Finally, microlensing also makes it difficult to accurately determine the standard candle brightness of the supernova, as the likelihood plot for the intrinsic magnitude of the source (for a perfect macro-model) has a full width half maximum of 0.73 magnitudes. As such, the error for the standard candle brightness is quite large. This reduces the utility of the standard candle nature of type Ia supernovae.

연구 동기 및 목표

• 강력한 렌즈 효과를 겪은 타입 Ia 초신성 iPTF16geu에서 관측된 밝기 비율 이상 현상에 대해 마이크로렌즈 효과가 설명할 수 있는지 평가하기.
• 매크로모델 예측과 실제 관측 간의 관측된 밝기 불일치를 마이크로렌즈 효과가 유발할 가능성의 통계적 가능성을 평가하기.
• 외부 전단이나 타원도를 포함한 대체 매크로모델이 밝기 비율 일치도를 향상시키는지 확인하기.
• 마이크로렌즈 효과가 렌즈가 쌓인 타입 Ia 초신성의 내재된 밝기 결정 정밀도에 미치는 영향을 정량화하기.
• 강력한 렌즈 효과를 겪는 타입 Ia 초신성의 우주론적 표준 캔들로서의 활용에 대한 함의 평가하기.

제안 방법

• 다양한 항성 질량 비율(33%, 50%, 100%)을 사용하여 iPTF16geu의 네 개 이미지에 대한 마이크로렌즈 효과를 1000번의 몬테카를로 시뮬레이션 수행.
• 시뮬레이션된 마이크로렌즈 밝기 비율을 허블 우주망원경(HST) 및 케크 망원경 관측에서 얻은 관측된 밝기 비율과 비교.
• 일반적인 타입 Ia 초신성 빛의 세기와 비정상적인 빛의 세기 조건 하에서 마이크로렌즈 효과가 관측된 이상 현상들을 재현할 가능성 평가.
• 외부 전단과 타원도를 포함한 대체 매크로모델을 테스트하여 밝기 비율 일치도 향상 여부 평가.
• 이미지 D에서 파장에 따른 밝기 차이를 분석하여 먼지 흡수 효과 평가.
• 마이크로렌즈 효과 하에서 내재된 밝기 가능성 분포의 전반적인 폭(FWHM)을 계산하여 밝기 보정의 불확실성 정량화.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마이크로렌즈 효과만으로 iPTF16geu 네 개 이미지의 관측된 밝기 비율 이상 현상에 설명할 수 있는가?
• RQ2 일반적인 또는 비정상적인 타입 Ia 초신성 빛 세기 조건 하에서 마이크로렌즈 효과가 관측된 밝기 불일치를 유발할 가능성의 통계적 가능성은 얼마인가?
• RQ3 외부 전단 또는 타원도를 포함한 대체 매크로모델이 관측치와의 밝기 비율 일치도를 유의미하게 향상시키는가?
• RQ4 완벽한 매크로모델이 존재하더라도 마이크로렌즈 효과는 렌즈가 쌓인 타입 Ia 초신성의 내재된 밝기 결정 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 마이크로렌즈 효과는 강력한 렌즈 효과를 겪는 타입 Ia 초신성의 표준 캔들로서의 활용도를 어느 정도 손상시키는가?

주요 결과

• 일반적인 타입 Ia 초신성 빛 세기 조건 하에서 마이크로렌즈 효과만으로 이상 현상에 설명할 확률은 최대 3/1000이며, 비정상적인 빛 세기 조건 하에서는 2/1000이다. 이는 항성 질량 기여도가 50%일 때의 결과이다.
• 완벽한 매크로모델이 존재하더라도 마이크로렌즈 효과는 내재된 밝기 가능성 분포의 전반적인 폭(FWHM)을 0.73 magnitude로 유도하며, 이는 밝기 보정 정밀도를 심각하게 제한한다.
• 외부 전단이나 타원도를 포함한 대체 매크로모델은 밝기 비율 일치도를 유의미하게 향상시키지 못하며, 마이크로렌즈 효과가 이상 현상을 설명할 최대 가능성은 32/1000이다.
• 이미지 D에서 파장에 따른 밝기 차이(F625W와 F814W 사이 0.74 magnitude)는 먼지 흡수 효과가 관측된 이상 현상에 기여할 수 있음을 시사한다.
• 이 연구는 마이크로렌즈 효과가 내재된 밝기 불확실성이 크기 때문에 렌즈가 쌓인 타입 Ia 초신성의 정밀한 표준 캔들로서의 활용 가능성을 근본적으로 제한한다고 결론 내린다.
• 결과는 강력한 렌즈 효과를 겪는 타입 Ia 초신성의 밝기 비율을 사용하여 질량-시트 딜레마를 해소하고 허블 상수를 고정밀도로 제약하는 것의 신뢰성에 의문을 제기한다.