[논문 리뷰] The Rate of Supernovae at Redshift 0.1-1.0 - the Stockholm VIMOS Supernova Survey IV

Jens Melinder, T. Dahlén외 8명|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 28.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 92인용 수 29

한 줄 요약

이 연구는 스트로나본 VIMOS 초신성 조사(SVISS)를 이용하여 적색이동 0.1–1.0 범위에서 핵붕괴 및 Ia형 초신성의 첫 번째 직접 측정을 수행한다. 광도형 분류와 은하단 적색이동을 분석하여 총 16개의 초신성을 분석하였다. 핵붕괴 초신성의 비율은 z̄=0.39에서 $3.29_{-1.78}^{+3.08} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³이며, z̄=0.73에서 $6.40_{-3.12}^{+5.30} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³이다. Ia형 초신성의 비율은 z̄=0.62에서 $1.29_{-0.57}^{+0.88} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³이며, 모두 먼지 흡수 및 체계적 오차 보정을 거쳤다. 이는 먼지 흡수를 적절히 고려할 경우 이론 모델과 양호한 일치를 보인다.

ABSTRACT

We present supernova rate measurements at redshift 0.1-1.0 from the Stockholm VIMOS Supernova Survey (SVISS). The sample contains 16 supernovae in total. The discovered supernovae have been classified as core collapse or type Ia supernovae (9 and 7, respectively) based on their light curves, colour evolution and host galaxy photometric redshift. The rates we find for the core collapse supernovae are 3.29 (-1.78,-1.45)(+3.08,+1.98) x 10^-4 yr^-1 Mpc^-3 h70^3 (with statistical and systematic errors respectively) at average redshift 0.39 and 6.40 (-3.12,-2.11)(+5.30,+3.65) x 10^-4 yr^-1 Mpc^-3 h70^3 at average redshift 0.73. For the type Ia supernovae we find a rate of 1.29 (-0.57,-0.28)(+0.88,+0.27) x 10^-4 yr^-1 Mpc^-3 h70^3 at average redshift 0.62. All of these rate estimates have been corrected for host galaxy extinction, using a method that includes supernovae missed in infrared bright galaxies at high redshift. We use Monte Carlo simulations to make a thorough study of the systematic effects from assumptions made when calculating the rates and find that the most important errors come from misclassification, the assumed mix of faint and bright supernova types and uncertainties in the extinction correction. We compare our rates to other observations and to the predicted rates for core collapse and type Ia supernovae based on the star formation history and different models of the delay time distribution. Overall, our measurements, when taking the effects of extinction into account, agree quite well with the predictions and earlier results. Our results highlight the importance of understanding the role of systematic effects, and dust extinction in particular, when trying to estimate the rates of supernovae at moderate to high redshift.

연구 동기 및 목표

• 깊은 광학 조사 자료를 이용해 중간 적색이동(0.1–1.0)에서의 천체 초신성 비율을 측정하기 위해.
• 이 적색이동 범위에서 핵붕괴형과 Ia형 초신성의 상대 기여도를 규명하기 위해.
• 오분류, 흡수 보정, 광도 함수 가정에 기인한 체계적 오차를 정량화하기 위해.
• 은하 형성 역사를 기반으로 한 이론 모델과 지연 시간 분포(DTD) 모델과의 일관성을 시험하기 위해.
• 고적색이동에서 먼지가 많고 밝은 은하에서 누락된 초신성이 비율 추정에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• VLT의 VIMOS 기구를 이용한 깊은 영상 촬영을 통해 영상 차분 기법을 이용해 초신성을 탐지하였다.
• 광도 곡선과 색상 변화 템플릿을 이용해 광학적 분류를 수행하였으며, 은하단 적색이동은 은하단 광학적 측정으로 유도하였다.
• 적외선에서 밝고 고적색이동이 높은 은하에서 누락된 초신성을 고려한 방법을 사용해 은하단 흡수를 보정하였다.
• 오분류, 템플릿 혼합, 흡수 보정 불확실성에 기인한 체계적 오차를 평가하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다.
• 은하 형성 역사를 기반으로 한 이론 예측과 다양한 Ia형 초신성 지연 시간 분포(DTD) 모델과 결과를 비교하였다.
• 통계적 오차와 체계적 오차를 별도로 추정하였으며, 고흡수 환경에서의 편향도 포함하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적색이동 0.1–1.0 범위에서 핵붕괴형 및 Ia형 초신성의 측정 비율은 무엇인가?
• RQ2 오분류 및 흡수 보정에 기인한 체계적 오차는 고적색이동 초신성 비율 측정의 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 관측된 초신성 비율이 은하 형성 역사와 지연 시간 분포 기반 이론 모델과 어느 정도 일치하는가?
• RQ4 고적색이동에서 먼지가 많고 밝은 은하에서 누락된 초신성이 초래하는 편향은 얼마나 중요한가?
• RQ5 초기 적외선 밝은 은하(ULIRG)에서 누락된 초신성 비율을 고정된 비율로 가정할 경우, 이는 유추된 DTD에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• z̄=0.39에서 핵붕괴 초신성 비율은 $3.29_{-1.78}^{+3.08} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³이며, 통계적 오차와 체계적 오차를 포함한다.
• z̄=0.73에서 핵붕괴 비율은 $6.40_{-3.12}^{+5.30} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³로 적색이동 증가에 따라 뚜렷한 증가를 보인다.
• z̄=0.62에서 Ia형 초신성 비율은 $1.29_{-0.57}^{+0.88} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³로 은하단 흡수 보정을 거쳤다.
• 체계적 오차는 주로 오분류, 템플릿 혼합 가정, 흡수 보정에 기인하며, 불확실성은 최대 50%에 이른다.
• 먼지 흡수 및 체계적 요소를 적절히 고려할 경우 결과는 이론 모델과 일치한다.
• 이 연구는 ULIRG에서 누락된 초신성이 0으로 가정하는 것은, 특히 짧은 지연 시간 성분이 존재할 경우 DTD 추론에 편향을 초래할 수 있음을 강조한다.