[论文解读] The supernova Ia 2011fe in M101, its tip of the red-giant branch (TRGB) distance, and the value of H_0

G. Tammann, B. Reindl|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用 5

一句话总结

本文利用在M101星系中观测到的典型Ia型超新星SN 2011fe，结合红序顶端（TRGB）距离模数 (m−M) = 29.39 ± 0.05，推导出该超新星的绝对星等，并校准哈勃常数。研究报告的大尺度H₀值为64.3 ± 1.9 ± 3.2 km s⁻¹ Mpc⁻¹，支持一个与II型星族距离指示器一致的较低H₀值，同时凸显TRGB作为独立于造父变星距离尺度的稳健替代方法。

ABSTRACT

The light curve parameters of the normal type Ia SN2011fe are derived from the rich archive of the AAVSO. This leads, together with the TRGB distance modulus of (m-M) = 29.39 +/- 0.05 of the parent galaxy M101, to maximum magnitudes of the unreddened SN of M_B = -19.45 +/- 0.08, M_V = -19.46 +/- 0.08, and M_I = -19.25 +/- 0.06 (for the standard decline rate of Delta m_15 = 1.1). When these values are inserted into the Hubble line defined by 62 SNe Ia with 3000 < v < 20,000 km/s - and considering also four other SNe Ia with TRGB distances - one obtains a large-scale value of the Hubble constant of H_0 = 64.3 +/- 1.9 +/- 3.2. This value can be much improved in the future by using only TRGB distances of SNe Ia.

研究动机与目标

• 通过M101的TRGB距离校准Ia型超新星的亮度，为宇宙距离阶梯提供一个独立锚点。
• 测试当使用TRGB校准的Ia型超新星推导哈勃常数（H₀）时，其一致性，避免造父变星距离尺度带来的不确定性。
• 评估TRGB作为螺旋星系中低内部消光环境下的距离指示器的可靠性，尤其在Ia型超新星校准中的应用。
• 通过最小化对造父变星周期-光度关系及其金属度依赖性不确定性的依赖，提供一个系统误差较低的H₀可靠估计。

提出的方法

• 基于I波段TRGB的观测星等I* = 25.35 ± 0.04，结合校准的绝对星等M*I = −4.05 ± 0.02，推导出M101的TRGB距离模数。
• 利用AAVSO档案库中的4,143个V波段、190个B波段和252个I波段星等，分析SN 2011fe的光变曲线。
• 通过校正银河系消光并假设内部消光可忽略（E(B−V) ≈ 0.02 ± 0.03），推导出SN 2011fe的固有星等。
• 在Δm₁₅ = 1.1时测量超新星的峰值星等，得到M_B = −19.45 ± 0.08，M_V = −19.46 ± 0.08，M_I = −19.25 ± 0.06。
• 将这些绝对星等代入62个径向速度在3,000至20,000 km s⁻¹之间的Ia型超新星的哈勃图中，并通过四个具有TRGB距离的Ia型超新星进行额外验证。
• 通过哈勃图的线性回归推导H₀值，并分别估算统计误差与系统误差分量。

实验结果

研究问题

• RQ1 M101星系的TRGB距离模数是多少？利用AAVSO光变曲线和TRGB测光，其精度如何？
• RQ2 在修正消光并假设Δm₁₅ = 1.1后，SN 2011fe在B、V和I波段的绝对星等是多少？
• RQ3 通过TRGB校准的Ia型超新星推导出的哈勃常数H₀与基于造父变星距离尺度的值相比如何？
• RQ4 与造父变星距离测量相比，TRGB方法在多大程度上减少了系统误差，特别是关于金属度和内部消光的问题？
• RQ5 由于SN 2011fe具有低内部消光和清晰的光变曲线，它能否作为Ia型超新星的可靠亮度校准源？

主要发现

• 基于I波段TRGB星等的平均值I* = 25.35 ± 0.04和校准的M*I = −4.05 ± 0.02，M101的TRGB距离模数为(m−M) = 29.39 ± 0.05 mag。
• SN 2011fe在Δm₁₅ = 1.1时的绝对星等为M_B = −19.45 ± 0.08，M_V = −19.46 ± 0.08，M_I = −19.25 ± 0.06，内部消光可忽略（E(B−V) ≈ 0.02 ± 0.03）。
• 基于哈勃图中62个径向速度不超过20,000 km s⁻¹的Ia型超新星，推导出的哈勃常数为H₀ = 64.3 ± 1.9 ± 3.2 km s⁻¹ Mpc⁻¹。
• 统计误差为1.9 km s⁻¹ Mpc⁻¹，系统误差（主要来自TRGB距离假设）估计不超过5%。
• 该结果支持一个较低的H₀值，与其它基于TRGB和II型星族的估计一致（例如，基于78个星场星系的估计值为62.9 ± 1.6），与基于造父变星方法得出的较高值形成对比。
• 本研究主张TRGB是校准Ia型超新星的更优、独立的距离指示器，尤其适用于内部消光低且红序星族清晰可辨的星系。