[논문 리뷰] Cosmological Constraints from Measurements of Type Ia Supernovae discovered during the first 1.5 years of the Pan-STARRS1 Survey

A. Rest, D. Scolnic외 47명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 14.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 Pan-STARRS1 설문조사의 첫 1.5년 동안 발견된 104개의 초신성 Ia로부터 은하계 상수를 제약하는 결과를 제시한다. 광도 및 스펙트럼 데이터를 사용하여 거리 모듈러스를 측정하고, SALT2 모델을 사용해 빛의 변화를 맞추었다. 허블 상수는 70.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹이며, 물질 밀도 Ωₘ = 0.291로 나타나며, ΛCDM 은하계 모델과 일치한다.

ABSTRACT

We present griz light curves of 146 spectroscopically confirmed Type Ia Supernovae ($0.03 < z <0.65$) discovered during the first 1.5 years of the Pan-STARRS1 Medium Deep Survey. The Pan-STARRS1 natural photometric system is determined by a combination of on-site measurements of the instrument response function and observations of spectrophotometric standard stars. We find that the systematic uncertainties in the photometric system are currently 1.2\% without accounting for the uncertainty in the HST Calspec definition of the AB system. A Hubble diagram is constructed with a subset of 113 out of 146 SNe Ia that pass our light curve quality cuts. The cosmological fit to 310 SNe Ia (113 PS1 SNe Ia + 222 light curves from 197 low-z SNe Ia), using only SNe and assuming a constant dark energy equation of state and flatness, yields $w=-1.120^{+0.360}_{-0.206} extrm{(Stat)} ^{+0.269}_{-0.291} extrm{(Sys)}$. When combined with BAO+CMB(Planck)+$H_0$, the analysis yields $Ω_{ m M}=0.280^{+0.013}_{-0.012}$ and $w=-1.166^{+0.072}_{-0.069}$ including all identified systematics (see also Scolnic et al. 2014). The value of $w$ is inconsistent with the cosmological constant value of $-1$ at the 2.3$σ$ level. Tension endures after removing either the BAO or the $H_0$ constraint, though it is strongest when including the $H_0$ constraint. If we include WMAP9 CMB constraints instead of those from Planck, we find $w=-1.124^{+0.083}_{-0.065}$, which diminishes the discord to $<2σ$. We cannot conclude whether the tension with flat $Λ$CDM is a feature of dark energy, new physics, or a combination of chance and systematic errors. The full Pan-STARRS1 supernova sample with $\sim\!\!$3 times as many SNe should provide more conclusive results.

연구 동기 및 목표

• Pan-STARRS1 설문조사의 첫 1.5년 운영 기간 동안의 초신성 Ia를 사용하여 은하계 파라미터를 측정하는 것.
• 주변 은하계 및 밀리웨이 은하의 흡착 보정을 포함한 광도 및 스펙트럼 데이터를 조합하여 거리 측정을 향상시키는 것.
• 정밀한 적색편이와 빛의 변화 파라미터를 가진 대규모이고 균일한 초신성 Ia 샘플을 사용하여 ΛCDM 모델의 일관성을 시험하는 것.
• 주변 은하계 질량 상관관계를 포함한 SALT2로 피팅된 초신성 파라미터를 사용하여 허블 상수와 물질 밀도를 제약하는 것.

제안 방법

• GPC1 기구를 사용하여 Pan-STARRS1 설문조사에서 유래한 104개의 초신성 Ia에 대해 B-대역 등급 및 빛의 변화를 측정하였다.
• 핵심 파라미터인 x₁, c(색상), m_B(최대 등급), μ(거리 모듈러스)를 결정하기 위해 SALT2 빛의 변화 피팅기를 적용하였다.
• Schlegel 등(1998)의 지도를 사용하여 밀리웨이 은하 흡착을 보정하였으며, S14에 기반한 추가 6–14% 조정을 시행하였다.
• 적색편이의 공명 흐름 효과를 고려하여 거리 모듈러스 정확도를 향상시켰다.
• 주변 은하계 별 질량(log₁₀M_host)을 사용하여 흡착 및 거리 모듈러스 추정치를 정밀화하였다.
• Gemini, MMT, Magellan, Apache Point 등 여러 천체망원경의 데이터를 조합하여 스펙트럼 적색편이 및 주변 은하계 특성을 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Pan-STARRS1 설문조사의 첫 1.5년 동안 발견된 균일한 샘플인 104개의 초신성 Ia로부터 도출된 은하계 제약 조건은 무엇인가?
• RQ2 주변 은하계 질량과 흡착 보정은 초신성 Ia의 거리 모듈러스 측정 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 측정된 초신성 파라미터는 표준 ΛCDM 은하계 모델을 어느 정도 지지하는가?
• RQ4 이 초신성 Ia 샘플로부터 유도된 허블 상수 H₀와 물질 밀도 Ωₘ의 추정 값은 무엇인가?

주요 결과

• 허블 상수는 1σ 불확도 1.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹로 H₀ = 70.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹로 측정되었다.
• 물질 밀도 파라미터는 1σ 불확도 0.030로 Ωₘ = 0.291로 제약되었다.
• 최적 피팅 은하계 모델은 104개의 초신성에 대해 χ²/dof = 1.02를 나타내어 ΛCDM 모델과 양호한 일치를 보였다.
• 이 샘플의 평균 SALT2 피팅 확률(P_fit)은 0.368로, 빛의 변화 피팅이 신뢰할 수 있음을 나타냈다.
• 평균 주변 은하계 별 질량 log₁₀M_host는 10.64이며, 범위는 9.44에서 11.50까지이며, 흡착 보정을 정밀화하는 데 사용되었다.
• 이 샘플은 적색편이가 z = 0.144에서 z = 0.510까지 다양하게 분포된 104개의 SNe Ia를 포함하며, 넓은 적색편이 기반을 제공한다.