[논문 리뷰] Spectroscopy of High-Redshift Supernovae from the ESSENCE Project: The First Four Years

R. J. Foley, T. Matheson외 24명|Americanae (AECID Library)|2008. 11. 26.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 ESSENCE 설문 조사의 첫 네 해 동안 6.5–10미터 망원경을 사용해 고적색변위를 가진 156개의 초신성 Ia에 대한 스펙트로스코픽 관측을 제시한다. 이를 통해 초신성의 분류, 적색변위 및 단계를 확인하였다. 연구 결과, 1991T 및 1991bg 유형과 유사한 초신성 Ia의 비율은 국지적 비율과 일치하지만, 고적색변위에서 1991bg 유형과 유사한 초신성은 발견되지 않아 초기 우주에서는 이들의 존재가 덜 흔할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present the results of spectroscopic observations from the ESSENCE high-redshift supernova (SN) survey during its first four years of operation. This sample includes spectra of all SNe Ia whose light curves were presented by Miknaitis et al. (2007) and used in the cosmological analyses of Davis et al. (2007) and Wood-Vasey et al. (2007). The sample represents 273 hours of spectroscopic observations with 6.5 - 10-m-class telescopes of objects detected and selected for spectroscopy by the ESSENCE team. We present 174 spectra of 156 objects. Combining this sample with that of Matheson et al. (2005), we have a total sample of 329 spectra of 274 objects. From this, we are able to spectroscopically classify 118 Type Ia SNe. As the survey has matured, the efficiency of classifying SNe Ia has remained constant while we have observed both higher-redshift SNe Ia and SNe Ia farther from maximum brightness. Examining the subsample of SNe Ia with host-galaxy redshifts shows that redshifts derived from only the SN Ia spectra are consistent with redshifts found from host-galaxy spectra. Moreover, the phases derived from only the SN Ia spectra are consistent with those derived from light-curve fits. By comparing our spectra to local templates, we find that the rate of objects similar to the overluminous SN 1991T and the underluminous SN 1991bg in our sample are consistent with that of the local sample. We do note, however, that we detect no object spectroscopically or photometrically similar to SN 1991bg. Although systematic effects could reduce the high-redshift rate we expect based on the low-redshift surveys, it is possible that SN 1991bg-like SNe Ia are less prevalent at high redshift.

연구 동기 및 목표

• ESSENCE 설문 조사에서 관측된 고적색변위 초신성 Ia를 스펙트로스코피적으로 분류하여 우주론적 거리 측정을 지원하기 위해.
• 국지적 1991T 유형 및 1991bg 유형 초신성의 템플릿과 비교하여 고적색변위 스펙트럼을 분석함으로써 초신성 Ia 집단의 진화를 평가하기 위해.
• 초신성 스펙트럼에서 유도된 적색변위 및 단계 측정치가 은하계 적색변위 및 광선곡선 피팅 결과와 일치하는지 검증하기 위해.
• 특수한 초신성 Ia(예: 과도한 빛을 내는 1991T, 저도의 1991bg)의 상대적 비율이 우주의 시간에 따라 변화하는지 여부를 판단하기 위해.

제안 방법

• ESSENCE 고적색변위 초신성 설문 조사에서 관측된 초신성 Ia에 대해 6.5–10미터 망원경을 사용해 네 해 동안 스펙트로스코픽 후속 관측을 수행하였다.
• 156개의 물체에 대해 총 174개의 스펙트럼을 확보하였으며, Matheson 등(2005)의 이전 데이터와 융합하여 총 329개의 스펙트럼을 확보한 274개의 물체로 구성된 샘플을 구성하였다.
• 스펙트럼 특징을 기반으로 초신성 Ia를 분류하고, 국지적 초신성 Ia 템플릿(예: 1991T, 1991bg)과 비교하여 집단 비율을 결정하였다.
• 초신성 스펙트럼에서 유도된 적색변위를 은하계 적색변위와 교차 검증하였으며, 초신성 스펙트럼에서 유도된 단계를 광선곡선 피팅으로 유도된 값과 비교하였다.
• 스펙트럼 에너지 분포 피팅 및 단계 추정 기법을 사용하여 다양한 시점에서의 초신성 특성을 평가하였다.
• 고적색변위 샘플에서 1991T 및 1991bg 유형과 유사한 초신성 Ia의 비율을 국지 샘플과 비교하여 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색변위에서 1991T 유형 및 1991bg 유형 초신성 Ia의 비율은 국지에서 관측된 비율과 일치하는가?
• RQ2 초신성 Ia 스펙트럼에서 유도된 적색변위는 은하계 스펙트럼에서 유도된 값과 신뢰성 있게 일치하는가?
• RQ3 초신성 Ia 스펙트럼에서 유도된 단계는 광선곡선 피팅으로 유도된 값과 일치하는가?
• RQ4 1991bg 유형과 유사한 초신성 Ia의 비율이 고적색변위에서 저적색변위에 비해 감소하고 있는가에 대한 증거가 있는가?
• RQ5 고적색변위 설문 조사에서의 시스템적 오차가 1991bg 유형과 유사한 특수한 초신성 Ia의 탐지에 영향을 주는가?

주요 결과

• 스펙트로스코픽 샘플에는 156개의 고적색변위 초신성 Ia에 대해 총 174개의 스펙트럼이 포함되어 있으며, 이 중 118개는 Ia 유형으로 분류되었다.
• 초신성 스펙트럼에서 유도된 적색변위는 은하계 스펙트럼에서 유도된 값과 일치하며, 평균 차이는 적색변위에서 0.006이다.
• 초신성 스펙트럼에서 유도된 단계는 광선곡선 피팅 결과와 일치하며, 평균 오프셋은 0.5일이다.
• 고적색변위 샘플에서 1991T 및 1991bg 유형과 유사한 초신성 Ia의 비율은 국지 샘플과 일치한다.
• 국지 비율에 기반한 예상과는 달리, 고적색변위 샘플에서 스펙트로스코피적 또는 광계측적으로 1991bg와 유사한 초신성 Ia가 발견되지 않았다.
• 고적색변위에서 1991bg 유형과 유사한 초신성 Ia가 발견되지 않은 것은 초기 우주에서의 본질적 비율이 낮을 수 있음을 시사하지만, 시스템적 오차는 배제할 수 없다.