ИСТИНА

Сверхновые звезды типа Ia (СН Ia) широко используются в космологии для измерения параметров ускоренного расширения Вселенной. Чтобы измерить космологические параметры нужно знать светимость и космологическое красное смещение СН Ia. Неопределенность в измерении космологического красного смещения связана в том числе с неизвестным вкладом пекулярных скоростей родительских галактик сверхновых. В скоплениях галактик пекулярные скорости могут превышать 1000 км/с. Поэтому в данном проекте мы предлагаем изучить влияние пекулярных скоростей сверхновых в скоплениях галактик на измерение расстояний и космологию. В качестве рабочей выборки СН Ia будут использованы данные Joint Light-curve Analysis (Betoule et al. 2014) и недавно появившаяся выборка СН —Pantheon (Scolnic et al., 2018). Обе выборки представляют собой компиляцию сотен сверхновых из разных обзоров. Так как большинство галактик во Вселенной находятся не в скоплениях, а в филаментах (галактических волокнах), в современных поисковых обзорах, число открываемых СН в скоплениях невелико. Однако обзоры следующего поколения, такие как ZTF (Zwicky Transient Facility) и LSST (Large Synoptic Survey Telescope), будут открывать десятки тысяч СН Ia. Соответственно, и выборка СН в скоплениях увеличится. Это позволит исследовать свойства СН Ia в скоплениях и вне скоплений. Более того, чем больше СН на диаграмме Хаббла, тем меньше случайный разброс и тем важнее становится вся систематика, связанная со стандартизацией и с пекулярными скоростями. В эпоху широкопольных транзиентных обзоров, развития наблюдательной базы и методов обработки большого количества данных детальное изучение факторов, влияющих на точность измерения расстояний и определения космологических параметров, несомненно, является одной из приоритетных задач.

The project is aimed at the determination of cosmological parameters of the Universe with better accuracy through the observation of distant Type Ia Supernovae (SNe Ia). Among the other types of supernovae, SNe Ia have less luminosity dispersion at maximum light and show higher optical luminosities. However, their absolute magnitude at maximum light still varies within 1 mag. Fortunately, there is a standardization procedure that allows to correlate a luminosity of a supernova with its light curve or spectrum parameters. The standardization allowed to use SNe Ia as cosmological distance indicators that led to the discovery of the accelerating expansion of the Universe by Saul Perlmutter, Brian Schmidt, and Adam Riess. Unfortunately, even after the standardization procedures there is a remaining dispersion on the Hubble diagram. This dispersion can be due to environmental effects (age, chemical composition, dust around a SN) which are not yet taken into account. Besides the standardization of SN Ia, the Hubble diagram contains another parameter, i.e. the supernova cosmological redshift. In fact the redshift observed on the Earth is also affected by peculiar velocities. The exact contribution of peculiar velocities in the observed redshift is unknown, however it was shown that the peculiar velocities have an impact on the distance measurements and therefore can potentially affect the cosmological analysis. We propose to study the impact of SN environment and peculiar velocities on the distance measurements and cosmology. The improvement of the Hubble diagram fit will be carried on by including additional nuisance parameter accounting for host properties that is expected to be confirmed by the environmental analysis. Furthermore, peculiar velocity correction, especially for low-redshift SNe Ia will be added in the final analysis. The fact that a local environment plays an important role in the SN Ia standardization was mentioned previously. However, all these studies were performed on nearby SN samples and have never been included in cosmological analyses. Moreover, the origin of the standardization relation remains a big mystery of SN science and is not yet reproduced by radiation- hydrodynamical modelling. Concerning the peculiar velocity correction it is needed to emphasize that the current cosmological analyses do not take into account the effect of peculiar velocities in clusters of galaxies. Therefore, the analysis we propose will be done for the first time and the obtained results will be unique. In the epoch of large transient surveys (such as LSST), development of observational techniques and further processing of the data, a study of environment and other possible sources of systematical uncertainties in the cosmological analysis is of high priority.

В результате проекта будет изучено влияние эффектов окружения (морфологический тип родительской галактики, темп звездообразования в ней, галактоцентрическое расстояние) на процедуру стандартизации СН Ia. Также будет исследовано, влияют ли пекулярные скорости родительских галактик сверхновых на измерение расстояний во Вселенной. Конечная цель проекта — уменьшить насколько это возможно остаточную дисперсию на диаграмме Хаббла и, тем самым, повысить точность измерения расстояний во Вселенной и космологических параметров. Для этого в космологический анализ будет введен дополнительный параметр, связанный с окружением СН Ia, а также поправка за пекулярные скорости галактик в скоплениях. В эпоху широкопольных транзиентных обзоров, развития наблюдательной базы и методов обработки большого количества данных детальное изучение окружения сверхновых и прочих факторов, влияющих на точность измерения расстояний и определения космологических параметров, несомненно, является одной из приоритетных задач. Запланированные результаты будут иметь фундаментальную научную значимость и соответствовать мировому уровню исследований.

Частично вопросы, связанные с влиянием окружения СН на процедуру стандартизации, освещены в статье Henne V., Pruzhinskaya M.V., Rosnet P., et al., «The influence of host galaxy morphology on the properties of Type Ia supernovae from the JLA compilation», New Astronomy, 51, 43, 2017. В этой статье было изучено влияние морфологического типа родительской галактики на светимость СН Ia на основе выборки близких и SDSS сверхновых. Было показано, что параметр X1 (стретч) модели SALT2 связан с морфологией галактик: его значение максимально для спиральных галактик и минимально для эллиптических. В процессе данной работы был создан код на Python и аналогичный на Go, позволяющий строить диаграммы Хаббла и определять космологические параметры (https://github.com/lsst-lpc/hubble- fit). В статье Пружинской М.В., Горбовского Е.С., Липунова В.М., "Чистые сверхновые и ускоренное расширение Вселенной", ПАЖ, 37, No9, 1-7, 2011 был впервые выделен более пригодный для космологии подкласс сверхновых типа Ia, исходя из окружения СН. Предложенный подкласс "чистых" СН Ia не подвержен эффектам поглощения серой пылью, имеет одинаковый механизм взрыва (слияние белых карликов) и схожий химический состав звезд-прародителей. Руководитель проекта исследовал поправку за пекулярные скорости СН Ia в скоплениях галактик для сверхновых проекта Nearby Supernova Factory (SNfactory; Aldering et al. 2002). Целью проекта SNfactory является создание наикрупнейшей выборки близких сверхновых (0.02 < z < 0.1). Эта выборка содержит уникальную библиотеку спектро- фотометрических данных (около 14 спектров на каждую СН) для более чем 300 объектов. Полученные результаты указывает на то, что пекулярные скорости галактик в скоплениях учитываются в современном космологическом анализе неправильно, и предложенная поправка улучшает расчеты (статья отправлена в журнал).