[論文レビュー] A Search for Extragalactic Fast Blue Optical Transients in ZTF and the Rate of AT2018cow-like Transients

Anna Y. Q. Ho, D. A. Perley+41 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、Zwicky Transient Facility (ZTF) から、最初の分光分類済み銀河間高速青光学的変星（FBOT）のサンプルを提示する。短い時間スケール（1 < t1/2 < 12 d）と青色の色（g−r ≤ −0.2 mag）を示す候補として38例を特定し、そのうち28例が確認されたFBOTである。主な結果として、AT2018cowに類似た変星—特異で明るく、X線・電波で明るい—は、局所のコアコリージョン超新星の発生率の最大0.1%にとどまることを示しており、極めてまれな現象であることが示された。

ABSTRACT

We present a search for extragalactic fast blue optical transients (FBOTs) during Phase I of the Zwicky Transient Facility (ZTF). We identify 38 candidates with durations above half-maximum light 1 d < t1/2 < 12 d, of which 28 have blue (g-r<-0.2 mag) colors at peak light. Of the 38 transients (28 FBOTs), 19 (13) can be spectroscopically classified as core-collapse supernovae (SNe): 11 (8) H- or He-rich (Type II/IIb/Ib) SNe, 6 (4) interacting (Type IIn/Ibn) SNe, and 2 (1) H&He-poor (Type Ic/Ic-BL) SNe. Two FBOTs (published previously) had high-S/N predominantly featureless spectra and luminous radio emission: AT2018lug and AT2020xnd. Seven (five) did not have a definitive classification: AT 2020bdh showed tentative broad H$\alpha$ in emission, and AT 2020bot showed unidentified broad features and was 10 kpc offset from the center of an early-type galaxy. Ten (six) have no spectroscopic observations or redshift measurements. We present multiwavelength (radio, millimeter, and/or X-ray) observations for five FBOTs (three Type Ibn, one Type IIn/Ibn, one Type IIb). Additionally, we search radio-survey (VLA and ASKAP) data to set limits on the presence of radio emission for 22 of the transients. All X-ray and radio observations resulted in non-detections; we rule out AT2018cow-like X-ray and radio behavior for five FBOTs and more luminous emission (such as that seen in the Camel) for four additional FBOTs. We conclude that exotic transients similar to AT2018cow, the Koala, and the Camel represent a rare subset of FBOTs, and use ZTF's SN classification experiments to measure the rate to be at most 0.1% of the local core-collapse SN rate.

研究の動機と目的

• ZTFフェーズIデータから銀河間高速青光学的変星（FBOT）を同定・分類すること。
• FBOTの分光分類および多波長特性（可視光、電波、X線）を特定すること。
• コアコリージョン超新星の発生率と比較することで、AT2018cowに類似た変星の発生率を測定すること。
• 強力なX線および電波放射を示す特異で明るいFBOTの希少性を評価すること。

提案手法

• FBOT候補を定義するための選別基準を適用：ピーク明るさにおけるt1/2 < 12 dおよびg−r ≤ −0.2 mag。
• ZTFの可視光光曲線と複数エポックの分光観測を用い、既知の超新星テンプレートとの比較により変星を分類した。
• 選別されたFBOTの多波長追跡観測（電波、ミリ波、X線）を実施した。
• VLAおよびASKAPの電波調査を探索し、電波放射の非検出限界を設定した。
• ベイジアンSEDフィッティング（CIGALE）を用いて、光度測定から宿主銀河の性質をモデル化した。
• AT2018cowに類似た変星の発生率を、その発生件数を局所のコアコリージョン超新星発生率と比較することで計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ZTFで同定されたFBOTの分光分類分布はどのようなものか？
• RQ2 AT2018cowに類似た変星は、広範なFBOT集団の中でどれほど一般的か？
• RQ3 FBOTの多波長（電波、X線、ミリ波）放射の内容は何か？
• RQ4 青色で短い時間スケールを示すFBOTは、相互作用の兆候や特異な前身星の痕跡を示すか？
• RQ5 局所宇宙におけるAT2018cowに類似た変星の発生率の上限は何か？

主な発見

• 合計38例のFBOT候補が同定され、そのうち28例が持続時間と色の基準に基づき確認された高速青光学的変星（FBOT）であった。
• 38例のFBOTのうち、19例（13例）がコアコリージョン超新星として分光的に分類された：11例（8例）がII/IIb型、6例（4例）がIIn/Ibn型、2例（1例）がIc/Ic-BL型。
• 事前に発表済みの2例のFBOT（AT2018lugおよびAT2020xnd）は、高SN比の特徴なしスペクトルと明るい電波放射を示した。
• X線および電波の追跡観測で非検出が得られたため、5例のFBOTはAT2018cowに類似たものとして除外された。
• 4例の追加FBOTは、カメル（非常にエネルギーの高い変星）と同等の放射を発生させている可能性が排除された。
• AT2018cowに類似た変星の発生率は、局所のコアコリージョン超新星発生率の最大0.1%に制限されている。