[論文レビュー] Host Galaxies for Four Nearby CHIME/FRB Sources and the Local Universe FRB Host Galaxy Population

Mohit Bhardwaj, Daniele Michilli+25 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2023

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、低分散測定値、高い銀河赤緯、ベースバンドデータを用いて、4つの近距離非反復的CHIME/FRB源（FRB 20181223C、20190418A、20191220A、20190425A）の宿主銀河を特定し、全宿主が赤方偏移 0.027–0.071 のスパイラル（遅発型）銀河であることを明らかにした。18個の局所的FRB宿主の分析により、スパイラル銀河への強い形態的偏りが確認され、過去の楕円銀河宿主の報告に反するものであり、FRBと星形成領域との関連を強化するものである。

ABSTRACT

We present the host galaxies of four apparently non-repeating fast radio bursts (FRBs), FRBs 20181223C, 20190418A, 20191220A, and 20190425A, reported in the first Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME/FRB) catalog. Our selection of these FRBs is based on a planned hypothesis testing framework where we search all CHIME/FRB Catalog-1 events that have low extragalactic dispersion measure (< 100 pc cm$^{-3}$), with high Galactic latitude (|b| > 10$°$) and saved baseband data. We associate the selected FRBs to galaxies with moderate to high star-formation rates located at redshifts between 0.027 and 0.071. We also search for possible multi-messenger counterparts, including persistent compact radio and gravitational wave (GW) sources, and find none. Utilizing the four FRB hosts from this study along with the hosts of 14 published local Universe FRBs (z < 0.1) with robust host association, we conduct an FRB host demographics analysis. We find all 18 local Universe FRB hosts in our sample to be spirals (or late-type galaxies), including the host of FRB 20220509G, which was previously reported to be elliptical. Using this observation, we scrutinize proposed FRB source formation channels and argue that core-collapse supernovae are likely the dominant channel to form FRB progenitors. Moreover, we infer no significant difference in the host properties of repeating and apparently non-repeating FRBs in our local Universe FRB host sample. Finally, we find the burst rates of these four apparently non-repeating FRBs to be consistent with those of the sample of localized repeating FRBs observed by CHIME/FRB. Therefore, we encourage further monitoring of these FRBs with more sensitive radio telescopes.

研究の動機と目的

• 低銀河赤分散測定値（<100 pc cm⁻³）および高い銀河赤緯（|b| > 10°）を示し、ベースバンドデータが利用可能な、4つの明らかに反復しないCHIME/FRB源の宿主銀河を特定すること。
• 多波長画像および分光測定を用いて、これらの宿主の形態的および星形成特性を評価すること。
• 新規および既存の宿主関連データを統合することで、局所的FRB宿主（z < 0.1）の人口統計的分析を実施すること。
• 恒久的電波源および重力波源を含むマルチメッセンジャー対応体の有無を調査すること。
• 深紫外監視を用いて、反復しないFRBが反復バーストを発生させている可能性を検証すること。

提案手法

• CHIME/FRBカタログ-1 から、低DM（<100 pc cm⁻³）、高銀河赤緯（|b| > 10°）、ベースバンドデータの利用可能なFRBを選定。
• CFHT、GTC、Magellan、Gemini North望遠鏡のデータを用いて、深紫外画像撮影および赤方偏移推定を実施。
• 赤方偏移と星形成率の確認のため、分光的フォローアップ観測を実施し、発光線診断を用いて評価。
• アーカイブおよび同時期のデータを用いて、恒久的電波源および重力波対応体の探索を実施。
• 新規の宿主関連を14個の既存の局所的FRB宿主（z < 0.1）と統合し、統計的宿主人口統計分析を実施。
• 仮説検定を適用して、宿主集団における形態的および環境的傾向の有意性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低分散測定値および高銀河赤緯を示す4つの近接非反復的CHIME/FRB源の宿主銀河は何か？
• RQ2 これらのFRB宿主は、既知のFRB集団と整合する形態的または星形成特性を示しているか？
• RQ3 恒久的電波源や重力波源を含むマルチメッセンジャー対応体が、これらのFRBと関連している証拠はあるか？
• RQ4 これらのFRBの宿主特性は、局所的FRB宿主集団（z < 0.1）と比較してどのように異なるか？
• RQ5 初期分類では反復しないとされたこれらのFRBが、実際には反復バーストを発生させている可能性はあるか？

主な発見

• 新たに特定された4つのFRB宿主は、全員がスパイラル（遅発型）銀河であり、中程度から高い星形成率を示し、赤方偏移は 0.027 から 0.071 の間である。
• FRB 20220509G の宿主は、従来は楕円銀河と報告されていたが、形態的分析によりスパイラル銀河に再分類された。
• 局所的FRB宿主18個（z < 0.1）のうち、全員がスパイラル銀河であり、局所的FRB集団における強い形態的偏りを示している。
• 4つのFRBのいずれに対しても、恒久的でコンactな電波源や重力波対応体は検出されなかった。
• 2018年7月1日から2021年5月1日までの監視期間中に、4つのFRBからは反復バーストは検出されなかったが、既知の反復CHIME/FRB源で観測される範囲のバースト率に該当していた。
• 結果は、局所的FRBが主に星形成を示すスパイラル銀河と関連しているという仮説を支持しており、サンプルに楕円銀河宿主の証拠は見当たらない。