[論文レビュー] A sub-solar metallicity is required for superluminous supernova progenitors

T. W. Chen, S. J. Smartt+6 more|arXiv (Cornell University)|May 16, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、18個の低赤移度SLSN宿主銀河のサンプルに基づき、超光度超新星（SLSN）の前身星は太陽比の金属量未満の金属量を必要とし、宿主銀河の金属量の上限が約0.5 Z_sunであると判明した。著者らは低金属量と磁星駆動の明るさの関連を示唆し、宿主銀河の金属量と必要な初期磁星の回転速度との相関を示唆している。

ABSTRACT

Host galaxy properties provide strong constraints on the stellar progenitors of superluminous supernovae. By comparing a sample of 18 low-redshift superluminous supernova hosts to a volume-limited galaxy population in the local Universe, we show that sub-solar metallici- ties seems to be a requirement. All superluminous supernovae in hosts with high measured gas-phase metallicities are found to explode at large galactocentric radii, indicating that the metallicity at the explosion site is likely lower than the integrated host value. We also confirm that high specific star-formation rates are a feature of superluminous supernova host galaxies, but interpret this as simply a consequence of the anti-correlation between gas-phase metallic- ity and specific star-formation rate and the requirement of on-going star formation to produce young, massive stars greater than ~ 10-20 M_sun . Based on our sample, we propose an upper limit of ~ 0.5 Z_sun for forming superluminous supernova progenitors (assuming an N2 metal- licity diagnostic and a solar oxygen abundance of 8.69). Finally, we show that if magnetar powering is the source of the extreme luminosity then the required initial spins appear to be correlated with metallicity of the host galaxy. This correlation needs further work, but if it holds it is a powerful link between the supernova parameters and nature of the progenitor population.

研究の動機と目的

• 超光度超新星（SLSN）の前身星形成に要する金属量条件を特定すること。
• 観測されたSLSN宿主銀河の金属量と、大質量星形成の理論的期待値との間の矛盾を解消すること。
• SLSN宿主銀河における高い単位星形成率（sSFR）が、低金属量の直接的要因であるのか、それとも副産物であるのかを調査すること。
• 宿主銀河の金属量と駆動磁星の初期スピンとの潜在的関連を探索すること。

提案手法

• 低赤移度SLSN宿主銀河18個のサンプルを、ボリューム制限付きの対照サンプルである局所銀河と比較した。
• ガス相金属量測定値としてN2診断法を用い、宿主銀河の金属量を推定した。
• SLSNの宿主内での空間的分布を分析し、爆発地点の局所的金属量を推定した。
• SLSN宿主銀河における単位星形成率（sSFR）と金属量の相関関係を検証した。
• 磁星駆動の明るさの影響を、宿主銀河の金属量に応じた必要な初期スピンとしてモデル化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超光度超新星の前身星にとって、宿主銀河の金属量の上限は何か？
• RQ2 なぜSLSNeはしばしば高い単位星形成率を示す宿主銀河に集中するのか？
• RQ3 観測されたSLSN宿主銀河の金属量は爆発地点の代表的値であるが、局所的金属量はそれより低いのだろうか？
• RQ4 宿主銀河の金属量と駆動磁星の初期スピンとの間に相関があるのか？

主な発見

• 高金属量の宿主銀河では、すべてのSLSNが銀河中心からの大きな半径で爆発しており、爆発地点の局所的金属量がおそらく太陽比未満であると示唆している。
• 本研究では、N2金属量診断法および太陽比酸素分画度8.69を仮定した場合、SLSN前身星形成の金属量上限が約0.5 Z_sunであると明確に示された。
• SLSN宿主銀河における高い単位星形成率は、直接的な駆動要因ではなく、金属量とsSFRの逆相関の結果であると判明した。
• 高い初期磁星スピンが要求される条件は、宿主銀河の金属量と相関しており、前身星の性質と金属量との間の物理的関連を示唆している。
• SLSN前身星形成には低金属量が不可欠であることが確認され、低金属量の大質量星を想定する理論モデルと整合的である。
• 結果は、磁星駆動モデルによるSLSN明るさを支持しており、金属量が十分なエネルギー出力を得るために必要なスピンに影響を与えていることを示している。