[論文レビュー] Nearby supernova host galaxies from the CALIFA Survey: I. Sample, data analysis, and correlation to star-forming regions

L. Galbany, V. Stanishev+26 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2014

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 144被引用数 53

ひとこと要約

本研究では、CALIFA調査の光学的積分場分光法を用いて近傍の超新星（SN）宿主銀河を分析し、SNe Ibc/IIbが星形成密度の高い領域、特に星形成領域に近い場所に偏って爆発することが明らかになった。一方、SNe Iaは空間的相関が弱い。研究結果から、SNe Iaの宿主銀河は質量が大きく、星形成歴の長い星族を含んでおり、少なくとも一部の前身星が非常に古く、星形成率が同程度でも質量の大きな銀河でSNe Iaの発生率が高いことから、SNe Iaと核崩壊型超新星の宿主銀河の質量差が説明できる。

ABSTRACT

[Abridged] We use optical IFS of nearby SN host galaxies provided by the CALIFA Survey with the goal of finding correlations in the environmental parameters at the location of different SN types. We recover the sequence in association of different SN types to the star-forming regions by using several indicators of the ongoing and recent SF related to both the ionized gas and the stellar populations. While the total ongoing SF is on average the same for the three SN types, SNe Ibc/IIb tend to happen closer to star-forming regions and occur in higher SF density locations compared to SNe II and SNe~Ia, the latter showing the weakest correlation. SNe~Ia host galaxies have on average masses that are $\sim$0.3-0.8~dex higher than CC SNe hosts due to a larger fraction of old stellar populations in the SNe~Ia hosts. Using the recent SN~Ia delay-time distribution and the SFHs of the galaxies, we show that the SN~Ia hosts in our sample should presently produce a factor 2 more SNe~Ia than the CC~SN hosts. Since both types are in hosts with similar SF rate and hence similar CC~SN rate, this can explain the mass difference between the SN~Ia and CC~SN hosts, and reinforce the finding that at least part of SNe~Ia should originate from very old progenitors. Comparing the mean SFH of the eight least massive galaxies to that of the massive SF SN~Ia hosts we find that the low-mass galaxies formed their stars over more extended time than the massive SN~Ia hosts. We estimate that the low-mass galaxies should produce by a factor of 10 less SNe~Ia, and a factor of 3 less CC~SNe than the high-mass group. Therefore the ratio between the number of CC~SNe and SNe~Ia is expected to increase with decreasing the galaxy mass. CC~SNe tend to explode at positions with younger stellar populations than the galaxy average, but the galaxy properties at SNe~Ia locations are one average the same as the global ones.

研究の動機と目的

• 高分解能分光データを用いて、近傍の超新星宿主銀河の環境的性質を調査すること。
• 異なる超新星タイプと星形成領域との空間的相関を特定すること。
• 前身星の年齢分布を理解するために、SNe Iaおよび核崩壊型超新星宿主銀河の星形成歴（SFHs）を調査すること。
• 星形成歴（SFHs）と遅延時間関数（DTD）を用いて、SNe Iaと核崩壊型超新星の宿主銀河の観測された質量差を説明すること。
• 宿主銀河の性質と空間的相関に基づいて、SNe Iaの前身星モデルに与える影響を評価すること。

提案手法

• 0.005 < z < 0.03 の近傍の67個の超新星宿主銀河について、CALIFA調査の光学的積分場分光法（IFS）を用いて空間分解能のあるデータを取得した。
• 星形成率（SFR）および星族年齢の指標は、発光線診断（例：Hαの等価幅）と星族合成モデリングから導出した。
• 空間的相関解析により、超新星爆発位置と局所的な星形成密度、星族年齢、イオン化ガスの性質を比較した。
• 星形成歴（SFHs）は、銀河ディスク全体にわたる星族成分を分離するためのSTARLIGHTコードを用いて再構築した。
• SNe Iaの遅延時間関数（DTD）を星形成歴と組み合わせ、異なる宿主銀河におけるSNe Ia発生率を予測した。
• 環境パラメータの統計的比較には、コルモゴロフ＝スミルノフ（KS）検定を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる超新星タイプは、その宿主銀河内で星形成領域と異なる空間的相関を示すか？
• RQ2 星形成率が同程度であるにもかかわらず、なぜSNe Iaの宿主銀河は核崩壊型超新星の宿主よりも質量が大きいのか？
• RQ3 星族の年齢が、SNe Iaと核崩壊型超新星の発生確率に果たす役割は何か？
• RQ4 SNe Ia宿主銀河の星形成歴は、核崩壊型超新星宿主銀河とどのように異なるか？
• RQ5 宿主タイプ間のSNe Ia発生率の差は、星形成歴とDTDによって説明可能か？

主な発見

• SNe Ibc/IIbは、SNe II や SNe Ia よりも星形成表面密度が高く、星形成領域に近い場所で爆発する。
• SNe Ia宿主銀河は、古星族の割合が大きいため、核崩壊型超新星宿主よりも平均して0.3–0.8 dexの質量が大きい。
• 同程度の総星形成率であっても、SNe Ia宿主は核崩壊型超新星宿主よりもSNe Iaの発生数が2倍に予測される。これは、古星族とDTDの両方が要因である。
• 低質量SNe Ia宿主（log M < 10.5）では、星形成の74.89％が24億年前より前に発生しており、質量の大きな宿主では97.95％に達する。
• 低質量銀河では、SNe Iaが10分の1、核崩壊型超新星が3分の1の発生数にとどまるため、銀河質量が低下するにつれてCC SN/SNe Ia比が増加する。
• SNe Iaは平均的な銀河全体の性質を持つ場所で爆発するが、核崩壊型超新星は銀河平均よりも若い星族が存在する領域で発生する。