[论文解读] Hubble diagrams of relativistic broad-lined type Ic supernovae

Z. Cano, P. Jakobsson+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2014

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 6被引用 10

一句话总结

本文表明，相对论性宽线型Ic型超新星（SNe IcBL），包括与长暴发伽马射线暴相关的SNe IcBL，其在BVR滤光片中表现出具有统计显著性的光度-衰减关系，置信水平为p=0.02，使其可作为标准烛光用于约束本地哈勃常数。利用两颗具有独立距离测量的SNe IcBL（SN 2009bb 和 SN 2012ap），作者得出加权平均H₀值为82.5 ± 8.1 km s⁻¹ Mpc⁻¹，该值比SNe Ia的估计值高出1σ，比普朗克（Planck）的值高出2σ，可能由于其宿主星系群中存在较大的特殊速度。

ABSTRACT

This paper is a demonstration of how relativistic, broad-lined type Ic supernovae (SNe IcBL) can be used to constrain a value of the Hubble constant in the local universe ($H_{0}$). Included in our sample of SNe IcBL are the SNe associated with long-duration $γ$-ray bursts (GRB-SNe), as well as local relativistic SNe IcBL that are not associated with GRBs. Building upon recent results that found a luminosity$-$stretch relationship for a sample of nine GRB-SNe, we demonstrate that GRB-SNe and SNe IcBL have statistically significant luminosity$-$decline relationships in $BVR$ filters at the $p=0.02$ confidence level. Conversely, we show that SNe Ib, Ic and IIb do not have statistically significant luminosity$-$decline relationships. Two of the relativistic SNe IcBL in our sample have independent distance measurements (SN 2009bb and SN 2012ap) that we used to constrain a weighted-average value of ${H}_{0, m w}=82.5\pm8.1$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$. This value is 1$σ$ greater than that obtained using SNe Ia, and 2$σ$ larger than that determined by Planck. This difference can be attributed to large peculiar motions of the host galaxies of the two SNe IcBL, which are members of galaxy groups. When determining a value of $H_{0}$ using SNe Ib, Ic and IIb, we found an average value of $H_{0}$ that has a standard deviation of order $20-40$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$, which demonstrates that these SNe are poor cosmological candles. With the launch of the next generation of space telescopes, SNe IcBL, and in particular GRB-SNe, have the potential to constrain constrain the Hubble diagram up to a redshift of $z=3-5$.

研究动机与目标

• 调查相对论性SNe IcBL（包括GRB-SNe和非GRB IcBL）是否表现出适合宇宙学距离测量的光度-衰减关系。
• 检验利用这些SNe作为标准烛光以约束本地哈勃常数（H₀）的可行性，类似于SNe Ia的做法。
• 比较SNe IcBL与SNe Ia及其他SNe类型在H₀估计中的离散度和可靠性。
• 评估利用具有独立测量线性距离的SNe IcBL，宿主星系特殊速度对H₀估计的影响。
• 评估GRB-SNe和SNe IcBL在未来空间望远镜下扩展哈勃图约束至红移z ≈ 3–5的潜力。

提出的方法

• 作者收集了包含GRB-SNe和非GRB IcBL的相对论性SNe IcBL样本，数据来自已发表的光变曲线和红移值。
• 应用K校正将观测帧光变曲线转换为本征帧BVR滤光片，以实现一致的光度比较。
• 采用蒙特卡洛线性最小二乘法自 resampling 和贝叶斯推断技术，拟合BVR波段的光度-衰减关系。
• 通过将哈勃脊线相对于数据进行偏移，利用SN 2009bb和SN 2012ap的独立线性距离推导H₀。
• 根据已知距离的两颗SNe IcBL计算加权平均H₀，同时考虑测量不确定性。
• 作者将SNe IcBL的哈勃图离散度（均方根，rms）与SNe Ia进行比较，以评估其标准性。

实验结果

研究问题

• RQ1 相对论性SNe IcBL在BVR滤光片中是否表现出具有统计显著性的光度-衰减关系？
• RQ2 GRB-SNe和非GRB SNe IcBL能否合并为一个样本，其光度-衰减关系的离散度可与SNe Ia相媲美？
• RQ3 利用具有独立测量线性距离的SNe IcBL，可得出多大的哈勃常数（H₀）？
• RQ4 宿主星系的特殊速度如何影响从SNe IcBL推导出的H₀估计值？
• RQ5 SNe IcBL，尤其是GRB-SNe，是否可在未来望远镜下用于将宇宙学距离测量扩展至更高红移（z ≈ 3–5）？

主要发现

• 在p = 0.02的置信水平下，相对论性SNe IcBL在BVR滤光片中发现了具有统计显著性的光度-衰减关系。
• SNe Ib、Ic和IIb未表现出具有统计显著性的光度-衰减关系，表明其作为宇宙学烛光的性能较差。
• 基于SN 2009bb和SN 2012ap的加权平均H₀为82.5 ± 8.1 km s⁻¹ Mpc⁻¹，比SNe Ia的估计值高出1σ，比普朗克（Planck）的值高出2σ。
• H₀估计值的差异归因于这两颗SNe IcBL宿主星系的特殊速度较大，其宿主星系属于星系群。
• 相对论性SNe IcBL的哈勃图均方根（rms）离散度与SNe Ia相当，表明其具有类似宇宙学应用的潜力。
• 未来空间望远镜有望利用GRB-SNe和SNe IcBL将哈勃图约束扩展至红移z ≈ 3–5。