[论文解读] A Quadruply Lensed SN Ia: Gaining a Time-Delay...Losing a Standard Candle

Daniel A. Yahalomi, Paul L. Schechter+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2017

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 13

一句话总结

本研究调查了四重像Ia型超新星iPTF16geu的通量比异常现象，发现仅靠微引力透镜效应无法解释宏观模型预测与观测之间观测到的亮度差异。即使拥有完美的宏观模型，微引力透镜效应仍会在固有亮度似然分布中引入0.73等的全宽半高，严重限制Ia型超新星标准烛光校准的精度。

ABSTRACT

We investigate the flux ratio anomalies between macro-model predictions and the observed brightness of the supernova iPTF16geu, as published in a recent paper by More et al., 2017. This group suggested that these discrepancies are, qualitatively, likely due to microlensing. We analyze the plausibility of attributing this discrepancy to microlensing, and find that the discrepancy is too large to be due to microlensing alone. This is true whether one assumes knowledge of the luminosity of the supernova or allows the luminosity to be a free parameter. Varying the dark/stellar ratio likewise doesn't help. In addition, other macro-models with quadruplicity from external shear or ellipticity do not significantly improve to model. Finally, microlensing also makes it difficult to accurately determine the standard candle brightness of the supernova, as the likelihood plot for the intrinsic magnitude of the source (for a perfect macro-model) has a full width half maximum of 0.73 magnitudes. As such, the error for the standard candle brightness is quite large. This reduces the utility of the standard candle nature of type Ia supernovae.

研究动机与目标

• 评估微引力透镜效应是否能够解释强引力透镜Ia型超新星iPTF16geu中观测到的通量比异常现象。
• 评估在典型和非典型Ia型超新星光度假设下，微引力透镜效应重现观测到的通量差异的统计似然性。
• 确定引入外部剪切或椭率的替代宏观模型是否能显著改善通量比的一致性。
• 量化微引力透镜效应对强引力透镜Ia型超新星固有亮度测定精度的影响。
• 评估在宇宙学中使用强引力透镜Ia型超新星作为标准烛光的潜在影响。

提出的方法

• 使用不同的恒星质量占比（33%、50%、100%）对iPTF16geu四张像的微引力透镜效应进行了1000次蒙特卡洛模拟。
• 将模拟的微引力透镜通量比与哈勃空间望远镜（HST）和凯克望远镜观测到的观测通量比进行比较。
• 在典型和非典型Ia型超新星光度假设下，评估微引力透镜效应重现异常现象的似然性。
• 测试引入外部剪切和椭率的替代宏观模型，以评估其对通量比一致性的改善效果。
• 分析图像D中波长依赖的通量差异，以评估尘埃消光的影响。
• 计算在微引力透镜效应下固有亮度似然分布的全宽半高（FWHM），以量化亮度校准的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 微引力透镜效应是否足以单独解释iPTF16geu四张像中观测到的通量比异常？
• RQ2 在典型或非典型Ia型超新星光度假设下，微引力透镜效应产生观测到的通量差异的统计似然性是多少？
• RQ3 引入外部剪切或椭率的替代宏观模型是否能显著改善通量比与观测值的一致性？
• RQ4 即使拥有完美的宏观模型，微引力透镜效应如何影响强引力透镜Ia型超新星固有亮度测定的精度？
• RQ5 微引力透镜效应在多大程度上削弱了强引力透镜Ia型超新星作为标准烛光的实用性？

主要发现

• 在恒星质量占比为50%时，微引力透镜效应单独解释通量比异常的概率最多为1000次中3次（典型Ia型超新星光度）和1000次中2次（非典型Ia型超新星光度）。
• 即使在拥有完美宏观模型的情况下，微引力透镜效应仍会在固有亮度似然分布中引入0.73等的全宽半高，严重限制亮度校准的精度。
• 引入外部剪切或椭率的替代宏观模型并未显著改善通量比的一致性，微引力透镜效应解释异常的最大似然概率为1000次中32次。
• 图像D中波长依赖的通量差异（F625W与F814W之间为0.74等）表明尘埃消光可能对观测异常有所贡献。
• 本研究得出结论：由于固有亮度存在较大的不确定性，微引力透镜效应从根本上限制了强引力透镜Ia型超新星作为精确标准烛光的实用性。
• 结果挑战了利用强引力透镜Ia型超新星的通量比来打破质量面因子退化并高精度约束哈勃参数的可靠性。