[論文レビュー] Cosmological Implications of the Second Parameter of Type Ia Supernovae

Philipp Podsiadlowski, P. A. Mazzali+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2006

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、白色矮星コアにおける中性子化の影響により、Type Ia超新星（SN Ia）の前身星における金属量がピーク光度に顕著な影響を及ぼすことを示しており、従来の推定値よりも金属量に起因するバイアスが大きいことを明らかにした。金属量の時間的変化は、開いた宇宙でΛを含まないモデルにおいてΛ支配の宇宙と同様の振る舞いを示すが、平坦な宇宙モデルにおいてΛが存在しない場合、高赤方偏移SN Iaデータを説明するには力不足であり、Ωₘ や w の測定精度を制限する。

ABSTRACT

Theoretical models predict that the initial metallicity of the progenitor of a Type Ia supernova (SN Ia) affects the peak of the supernova light curve. This can cause a deviation from the standard light curve calibration employed when using SNe Ia as standardizable distance candles and, if there is a systematic evolution of the metallicity of SN Ia progenitors, could affect the determination of cosmological parameters. Here we show that this metallicity effect can be substantially larger than has been estimated previously, when the neutronisation in the immediate pre-explosion phase in the CO white dwarf is taken into account, and quantitatively assess the importance of metallicity evolution for determining cosmological parameters. We show that, in principle, a moderate and plausible amount of metallicity evolution could mimic a lambda-dominated, flat Universe in an open, lambda-free Universe. However, the effect of metallicity evolution appears not large enough to explain the high-z SN Ia data in a flat Universe, for which there is strong independent evidence, without a cosmological constant. We also estimate the systematic uncertainties introduced by metallicity evolution in a lambda-dominated, flat Universe. We find that metallicity evolution may limit the precision with which Omega_m and w can be measured and that it will be difficult to distinguish evolution of the equation of state of dark energy from metallicity evolution, at least from SN Ia data alone.

研究の動機と目的

• 前身星の金属量がSN Iaのピーク光度に与える影響を、爆発直前の段階における中性子化を組み込むことで定量的に評価すること。
• 金属量の時間的変化が、開いた宇宙でΛを含まないモデルにおいてΛ支配の平坦宇宙と同様の振る舞いを示す可能性があるかどうかを検証すること。
• Λ支配の平坦宇宙モデルにおいて、Ωₘ や w といった宇宙論的パラメータを測定する際、金属量の時間的変化が引き起こす系誤差を評価すること。
• SN Iaデータにおいて、時間的に変化するダークエネルギーの状態方程式と金属量の時間的変化との間のデゲネラシーを調査すること。

提案手法

• CO白色矮星における中性子過剰の理論的モデリングを行い、爆発直前の段階における中性子化を組み込むことで、金属量と光度の関係を精緻化すること。
• 詳細な爆発シミュレーションを用いて、初期金属量と放射性ニッケルと安定的ニッケルの割合との関係を確立し、ピーク明るさに与える影響を評価すること。
• 金属量の時間的変化がハッブル図に与える影響を定量的に評価し、Λを含まないモデルとΛ支配のモデルにおける観測されたSN Iaデータと予測値を比較すること。
• Phillips関係における線形な金属量補正を用いて、Ωₘ や w の測定に起因する系統的誤差を推定すること。
• 近距離と高赤方偏移SN Iaサンプル（例：SNLS や ESSENCE）を比較し、SN Iaの性質に顕著な時間的変化があるかを検出すること。
• 宿主銀河の金属量を前身星の金属量の代理として統計的に分析し、時間遅延とキャリブレーションの不確実性を考慮すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CO白色矮星の爆発直前の段階における中性子化が、従来の推定値と比較して、SN Iaピーク光度の金属量依存性をどのように変化させるか？
• RQ2 金属量の時間的変化のみで、Λを含まない開いた宇宙モデルにおける観測されたハッブル図のずれを説明できるか？
• RQ3 Λ支配の平坦宇宙モデルにおいて、金属量の時間的変化がΩₘ やダークエネルギーの状態方程式wの測定精度にどの程度の系統的誤差を引き起こすか？
• RQ4 SN Iaデータのみを用いて、ダークエネルギーの状態方程式の時間的変化と金属量の時間的変化を区別できるか？
• RQ5 時間遅延や銀河タイプ依存性を考慮すると、宿主銀河の金属量はSN Ia前身星の金属量の代理としてどの程度信頼できるか？

主な発見

• 爆発直前の段階における中性子化を組み込むことで、SN Iaピーク光度における金属量の影響は、従来の推定値よりも顕著に大きくなった。
• 中程度で現実的な金属量の時間的変化は、開いた宇宙でΛを含まないモデルにおいて、Λ支配の平坦宇宙と同様の振る舞いを示す可能性がある。
• しかし、平坦な宇宙モデルにおいてΛが存在しない場合、高赤方偏移SN Iaデータを説明するには金属量の時間的変化は力不足であり、これはCMBや他の観測データからも独立に支持されている。
• 金属量の時間的変化に起因する系統的誤差は、Λ支配の平坦宇宙モデルにおいても、Ωₘ や w の測定精度を制限する。
• ダークエネルギーの状態方程式の時間的変化と金属量の時間的変化は、SN Iaデータのみを用いては、デゲネラシーのため区別が困難である。
• 今後の高精度なSN Ia調査では、金属量の系統的誤差が考慮されていないために、宇宙論的パラメータに乖離が現れる可能性がある。