[論文レビュー] Characterizing the FRB host galaxy population and its connection to transients in the local and extragalactic Universe

Shivani Bhandari, K. E. Heintz+24 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2021

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 15被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、3つの電波バースト（FRB）を局所化し、2つは非再発性、1つは再発性である。多波長データを用いてその母銀河を分析した結果、再発性と非再発性FRBの母銀河特性に顕著な差は認められず、星形成が中程度に発生し、イオン化は星形成とLINERによって支配されている。また、FRBは質量が大きく赤い銀河に極めてまれであるため、遅延した起源チャネルが支配的である可能性は排除された。

ABSTRACT

We present the localization and host galaxies of one repeating and two apparently non-repeating Fast Radio Bursts. FRB20180301A was detected and localized with the Karl G. Jansky Very Large Array to a star-forming galaxy at $z=0.3304$. FRB20191228A, and FRB20200906A were detected and localized by the Australian Square Kilometre Array Pathfinder to host galaxies at $z=0.2430$ and $z=0.3688$, respectively. We combine these with 13 other well-localized FRBs in the literature, and analyze the host galaxy properties. We find no significant differences in the host properties of repeating and apparently non-repeating FRBs. FRB hosts are moderately star-forming, with masses slightly offset from the star-forming main-sequence. Star formation and low-ionization nuclear emission-line region (LINER) emission are major sources of ionization in FRB host galaxies, with the former dominant in repeating FRB hosts. FRB hosts do not track stellar mass and star formation as seen in field galaxies (more than 95% confidence). FRBs are rare in massive red galaxies, suggesting that progenitor formation channels are not solely dominated by delayed channels which lag star formation by Gigayears. The global properties of FRB hosts are indistinguishable from core-collapse supernovae (CCSNe) and short gamma-ray bursts (SGRBs) hosts, and the spatial offset (from galaxy centers) of FRBs is mostly inconsistent with that of the Galactic neutron star population (95% confidence). The spatial offsets of FRBs (normalized to the galaxy effective radius) also differ from those of globular clusters (GCs) in late- and early-type galaxies with 95% confidence.

研究の動機と目的

• 高速電波バースト（FRB）の母銀河の性質を特定し、局所的および銀河系外の瞬間的現象との関連を理解すること。
• 再発性と非再発性FRBが異なる母環境や銀河タイプから発生するかどうかを特定すること。
• 星形成と活動銀河核（AGN様）プロセスがFRB母銀河のイオン化に果たす役割を調査すること。
• FRB母銀河の性質が、重力的崩壊型超新星（CCSNe）および短時間ガンマ線バースト（SGRB）の母銀河と一致するかどうかを検証すること。
• FRBの銀河中心からの空間的オフセット分布を、中性子星および球状星団と比較すること。

提案手法

• 高分解能電波干渉計を用いてFRBを局所化：カール・G・ジャンスキー超大電波望遠鏡（VLA）およびオーストラリア・スクエアキロメートルアレイ・パスファイダー（ASKAP）。
• 光学、近赤外、電波連続スペクトルの多波長フォローアップ観測を実施し、母銀河を特定し、その物理的性質を測定する。
• CIGALEを用いたスペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングにより、母銀河の星形成質量、星形成率（SFR）、チリ含量を導出する。
• pPXFを用いて光学スぺクトルから星形成運動および発光線診断を抽出し、イオン化源（例：星形成対比LINER）を分類する。
• 統計的検定を用いて、FRB母銀河の性質（星形成質量、SFR、銀河中心からのオフセット）をCCSNeおよびSGRB母銀河と比較する。
• FRBのオフセットを銀河の有効半径（Re）に正規化し、95%信頼区間を用いて、ミルキーウェイの中心中性子星および球状星団の分布と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再発性と非再発性FRBは、統計的に異なる母銀河集団に存在するか？
• RQ2 FRB母銀河における支配的イオン化機構は何か—星形成か、低イオン化核発光線領域（LINER）か？
• RQ3 FRB母銀河の性質は、重力的崩壊型超新星（CCSNe）および短時間ガンマ線バースト（SGRB）の母銀河とどのように比較できるか？
• RQ4 FRBは、ミルキーウェイの中心中性子星の期待される分布と整合するように銀河中心からオフセットしているか？
• RQ5 FRB母銀河のオフセットは、早期型および晩期型銀河の球状星団のオフセットと顕著に異なるか？

主な発見

• FRB 20180301Aは赤方偏移 z = 0.3304 の星形成銀河に局所化され、FRB 20191228A は z = 0.2430、FRB 20200906A は z = 0.3688 に位置する。
• 再発性と非再発性FRBの母銀河特性（星形成質量、SFRなど）に顕著な差は認められなかった。
• 星形成とLINER発光がFRB母銀河の支配的イオン化源であり、再発性FRB母銀河では星形成が支配的である。
• FRB母銀河は星形成メインシーケンスに従わず、フィールド銀河の期待される関係からわずかにずれていた（p < 0.05）。
• FRBは質量が大きく赤い銀河に極めてまれであるため、遅延した起源チャネル（例：長時間遅延した中性子星形成）は支配的形成メカニズムではないと示唆された。
• FRBの空間的オフセット分布（有効半径に正規化）は、ミルキーウェイの中性子星分布（95%信頼区間）とは整合せず、早期型および晩期型銀河の球状星団のオフセットとは顕著に異なる（95%信頼区間）。