[论文解读] The Zwicky Transient Facility Bright Transient Survey I: Spectroscopic Classification and the Redshift Completeness of Local Galaxy Catalogs

C. Fremling, Adam A. Miller+38 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2019

Astronomy and Astrophysical Research被引用 7

一句话总结

本论文首次对来自齐沃克瞬变源巡天（Zwicky Transient Facility Bright Transient Survey, BTS）的761个河外暂现源进行了大规模、通量受限的光谱分类，实现了对Ia型超新星宿主星系的红移完整度分数（RCF）为44%±1%。研究发现RCF随距离增加而持续下降，在z ≤ 0.05时降至约60%，并通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）推断的逻辑回归模型，基于红移和红外光度对红移可获得性的条件概率进行了建模。

ABSTRACT

The Zwicky Transient Facility (ZTF) is performing a three-day cadence survey of the visible Northern sky (~3$π$). The transient candidates found in this survey are announced via public alerts. As a supplementary product ZTF is also conducting a large spectroscopic campaign: the ZTF Bright Transient Survey (BTS). The goal of the BTS is to spectroscopically classify all extragalactic transients brighter than 18.5 mag at peak brightness and immediately announce those classifications to the public. Extragalactic discoveries from ZTF are predominantly Supernovae (SNe). The BTS is the largest flux-limited SN survey to date. Here we present a catalog of the761 SNe that were classified during the first nine months of the survey (2018 Apr. 1 to 2018 Dec. 31). The BTS SN catalog contains redshifts based on SN template matching and spectroscopic host galaxy redshifts when available. Based on this data we perform an analysis of the redshift completeness of local galaxy catalogs, dubbed as the Redshift Completeness Fraction (RCF; the number of SN host galaxies with known spectroscopic redshift prior to SN discovery divided by the total number of SN hosts). In total, we identify the host galaxies of 512 Type Ia supernovae, 227 of which have known spectroscopic redshifts, yielding an RCF estimate of $44\% \pm1\%$. We find a steady decrease in the RCF with increasing distance in the local universe. For z<0.05, or ~200 Mpc, we find RCF=0.6, which has important ramifications when searching for multimessenger astronomical events. Prospects for dramatically increasing the RCF are limited to new multi-fiber spectroscopic instruments, or wide-field narrowband surveys. We find that existing galaxy redshift catalogs are only $50\%$ complete at $r\approx16.9$ mag. Pushing this limit several magnitudes deeper will pay huge dividends when searching for electromagnetic counterparts to gravitational wave events.

研究动机与目标

• 在ZTF运行的前九个月内，对在gZTF或rZTF滤光片下峰值亮度高于18.5等的河外暂现源进行光谱分类。
• 通过确定具有已有光谱红移的Ia型超新星宿主星系的比例，测量本地星系星表的红移完整度分数（RCF）。
• 评估RCF如何随红移和宿主星系光度变化，特别是在本地宇宙（z ≤ 0.05）范围内。
• 利用基于红移和绝对星等的逻辑函数，通过MCMC采样推断模型参数，对星系拥有目录中红移的条件概率进行建模。
• 为未来多信使和暂现源研究提供一个公开、可访问的、经光谱分类的暂现源及其宿主星系红移目录。

提出的方法

• BTS对ZTF暂现源警报开展大规模光谱观测，目标为在峰值亮度时gZTF或rZTF滤光片下亮度高于18.5等的河外暂现源。
• 通过模板匹配法并结合已有宿主星系红移信息进行光谱分类，最终形成包含761个分类超新星的目录。
• 红移完整度分数（RCF）计算为已知光谱红移的超新星宿主星系数量与总宿主星系数量的比值。
• 采用逻辑回归模型估算红移可获得性的条件概率：p(z,M,θ) = 1 / (1 + exp(az + bM - c))，其中z为红移，M为绝对星等，θ = (a,b,c)为模型参数。
• 采用带仿射不变采样的马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法，基于宽泛平坦的先验和基于自相关长度的收敛标准，推断模型参数a、b、c的后验分布。
• 通过分别分析RCF对红移和光度的依赖关系对模型进行验证，结果以图8侧边面板中的中位概率和90%可信区间形式展示。

实验结果

研究问题

• RQ1 在本地宇宙中，Ia型超新星宿主星系的本地星系星表红移完整度分数（RCF）是多少？
• RQ2 在本地宇宙中，随着距离（红移）增加，RCF如何变化？
• RQ3 宿主星系光度（以W1波段绝对星等衡量）对红移可获得性的依赖关系如何？
• RQ4 逻辑回归模型能否有效捕捉基于红移和光度的星系拥有目录红移的条件概率？
• RQ5 低RCF对多信使天文学有何影响，特别是在识别引力波或高能暂现源宿主星系方面？

主要发现

• BTS目录包含761个经光谱分类的河外暂现源，主要为Ia型超新星，观测时间覆盖ZTF运行的九个月。
• Ia型超新星宿主星系的红移完整度分数（RCF）为44%±1%（90%置信区间），基于512个宿主星系中227个已有光谱红移。
• RCF随红移增加而持续下降，在z ≤ 0.05时降至约60%（对应约200 Mpc的距离）。
• 红移可获得性的条件概率最适宜由红移和绝对星等的逻辑函数建模，且光度系数与红移系数之间存在强烈的后验协方差。
• 模型表明，高红移和低光度宿主星系的RCF显著偏低，表明当前星表对遥远和低光度系统仍不完整。
• 本研究结论指出，要显著提升RCF，必须开展新的大视场、多纤维光谱巡天，以在本地宇宙中对约1000万个星系进行编目。