[论文解读] The Rate of Supernovae at Redshift 0.1-1.0 - the Stockholm VIMOS Supernova Survey IV

Jens Melinder, T. Dahlén+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2012

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 92被引用 29

一句话总结

本研究利用斯德哥尔摩VIMOS超新星巡天（SVISS）首次直接测量了红移0.1–1.0范围内的核心坍缩型与Ia型超新星率，分析了16颗具有光度分类和宿主星系红移的超新星。研究发现，在z̄=0.39时，核心坍缩型超新星率为$3.29_{-1.78}^{+3.08} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³，在z̄=0.73时为$6.40_{-3.12}^{+5.30} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³，Ia型超新星率在z̄=0.62时为$1.29_{-0.57}^{+0.88} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³，所有结果均已校正尘埃消光与系统效应，当正确考虑尘埃消光时，与理论模型具有良好的一致性。

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.

研究动机与目标

• 利用深度光学巡天测量中等红移（0.1–1.0）宇宙超新星率。
• 确定此红移范围内核心坍缩型与Ia型超新星的相对贡献。
• 量化由误分类、消光校正及光度函数假设引起的系统误差。
• 检验观测到的超新星率与恒星形成历史及延迟时间分布（DTD）理论模型的一致性。
• 评估在高红移尘埃消光严重、明亮星系中遗漏超新星对率估计的影响。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）上的VIMOS仪器进行深度成像，通过图像相减技术探测超新星。
• 利用光变曲线与颜色演化模板对超新星进行光度分类，红移值由宿主星系光度测量获得。
• 采用考虑高红移、红外明亮星系中遗漏超新星的消光校正方法，对宿主星系消光进行校正。
• 通过蒙特卡洛模拟评估误分类、模板混合及消光校正不确定性带来的系统误差。
• 将结果与基于恒星形成历史及多种Ia型超新星延迟时间分布（DTD）模型的理论预测进行比较。
• 分别估算统计与系统误差分量，包括高消光环境带来的偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在红移0.1–1.0范围内，核心坍缩型与Ia型超新星的测量率是多少？
• RQ2 系统误差（尤其是误分类与消光校正）如何影响高红移超新星率测量的可靠性？
• RQ3 观测到的超新星率在多大程度上与基于恒星形成历史及延迟时间分布的理论模型一致？
• RQ4 在高红移时，因遗漏尘埃消光严重、明亮星系中的超新星而引入的偏差有多大？
• RQ5 假设类星暴星系（ULIRGs）中缺失的超新星比例固定不变，对推断的DTD有何影响？

主要发现

• 在z̄=0.39时，核心坍缩型超新星率为$3.29_{-1.78}^{+3.08} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³，包含统计误差与系统误差。
• 在z̄=0.73时，核心坍缩型超新星率为$6.40_{-3.12}^{+5.30} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³，显示随红移显著增加。
• 在z̄=0.62时，Ia型超新星率为$1.29_{-0.57}^{+0.88} \times 10^{-4}$ yr⁻¹ Mpc⁻³ h₇₀³，已校正宿主星系消光。
• 系统误差主要来自误分类、模板混合假设及消光校正，不确定性最高可达50%。
• 当正确考虑尘埃消光与系统效应时，结果与理论模型一致。
• 本研究强调，若假设ULIRGs中无缺失超新星，可能对DTD推断造成偏差，尤其当存在短延迟时间成分时。