[论文解读] Type Ia supernovae and the acceleration of the universe: results from the ESSENCE Supernova Survey

K. Krisciunas|ArXiv.org|Sep 15, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用 3

一句话总结

ESSENCE超新星巡天利用200多颗在红移0.2–0.8范围内的Ia型超新星，通过地面望远镜、哈勃望远镜和斯皮策空间望远镜进行观测，测量了宇宙状态方程。结果得到 w = −1.07 ± 0.09（统计）± 0.13（系统），与宇宙学常数及平坦宇宙一致，支持暗能量即为爱因斯坦的宇宙学常数。

ABSTRACT

The ESSENCE project was a six year supernova search carried out with the CTIO 4-m telescope. We also obtained spectra with many of the world's largest ground-based telescopes and observed some of our SNe with the Hubble Space Telescope and the Spitzer Space Telescope. We achieved our goal of discovering over 200 Type Ia SNe in the redshift range 0.2 to 0.8. With these data we determined the cosmic equation of state parameter to +/- 10 percent. The data are consistent with a geometrically flat universe whose dark energy is equivalent to Einstein's cosmological constant.

研究动机与目标

• 利用Ia型超新星以10%的精度测量暗能量的状态方程参数 w。
• 检验宇宙是否几何平坦且由暗能量主导。
• 研究高红移（z ≈ 0.8）处Ia型超新星性质是否存在演化。
• 结合超新星、宇宙微波背景（CMB）和重子声学振荡（BAO）数据，约束奇特宇宙学模型。
• 作为巡天的副产品，发现并表征高红移海王星外天体。

提出的方法

• 利用CTIO 4米望远镜和Mosaic II相机，开展为期六年的超新星巡天，每晚对32个天区进行成像。
• 在多个滤光片中获取多波段测光（R、I及Rest-frame UBV/J），以确定峰值星等并校正消光影响。
• 利用Magellan、Gemini、VLT和Keck望远镜的光谱红移数据，确认超新星类型并测量红移。
• 通过多波段测光，特别是哈勃空间望远镜提供的近红外J波段数据，应用消光校正。
• 利用哈勃空间望远镜的造父变星距离测量结果，通过Phillips关系校准绝对星等。
• 构建距离模数与红移的关系图（哈勃图），将实测数据与不同w、ΩM和ΩΛ参数的宇宙学模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 暗能量的状态方程参数w是多少？其值是否在10%精度内与w = −1（宇宙学常数）一致？
• RQ2 在z ≈ 0.8处的Ia型超新星是否表现出与邻近超新星相比在光度或光曲线形状上的系统性差异？
• RQ3 宇宙是否几何平坦，即ΩM + ΩΛ = 1，如CMB和BAO数据所暗示？
• RQ4 奇特宇宙学模型（如宇宙弦、幻影暗能量）能否与ΛCDM模型一样良好地拟合超新星数据？
• RQ5 高红移超新星光谱中的时基延迟效应是否与预期的(1+z)因子一致，从而支持标准宇宙学模型？

主要发现

• 巡天在红移范围0.2 ≤ z ≤ 0.8内发现了超过200颗Ia型超新星，其中220颗被确认或极可能为Ia型超新星。
• 测得状态方程参数为 w = −1.07 ± 0.09（统计）± 0.13（系统），与宇宙学常数的w = −1一致。
• 物质密度被约束为 ΩM = 0.267+0.028−0.018，支持宇宙平坦，即ΩM + ΩΛ = 1。
• 在z ≈ 0.8以内未发现Ia型超新星光变性质演化的强证据，支持其作为可标准化烛光的使用。
• 高红移Ia型超新星光谱中的时基延迟效应测量结果与预期的(1+z)因子一致，验证了宇宙学时基延迟。
• 巡天发现了15颗海王星外天体，其中包括两颗近日点极远（352和582 AU）且轨道高度椭圆（偏心率高达0.85）的天体。