[論文レビュー] Supernovae without host galaxy? - Hypervelocity stars in foreign galaxies

Peter-Christian Zinn, P. Grunden+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 64被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、宿主銀河が検出されないとされる超新星（SNe）の背後にある理由を、明るさが低く表面輝度が低い（LSB）銀河と超高速星（HVS）の前身星とを区別することで調査している。深紫外画像と速度解析を用いて、UGC 5434に存在するSN 2006bxが、のちに発見された最初の、天の川銀河以外の銀河で発生した超高速超新星であることが判明した。この超新星の投影速度は約800 km s⁻¹であり、これは超大質量ブラックホールによるスリングショット機構による発射を示唆している。

ABSTRACT

Harvesting the SAI supernova catalog, we search for SNe that apparently do not occur within a distinct host galaxy but lie a great distance apart from their assigned host galaxy. Assuming two possible explanations for this host-lessness of a fraction of reported SNe, namely (i) a host galaxy which is too faint to be detected within the limits of currently available surveys or (ii) a hypervelocity star (HVS) as progenitor of the SN,we want to distinguish between these two cases. To do so, we use deep imaging to test explanation (i). If within our detection limit of 27 mag/arcsec^2, the central surface brightness of the faintest known LSB galaxy so far, no galaxy could be identified, we discard this explanation and regard the SN, after several other checks, to have had a hypervelocity star progenitor. Analyzing a selected subsample of five host-less SNe we find one, SN 2006bx in UGC5434, to be put in the hypervelocity progenitor category with a high probability, exhibiting a projected velocity of > 800 km/s. SN 1969L in NGC1058 is most likely an example for a very extended star-forming disk visible only in the far-UV, not in the optical wavebands. Therefore this SN is clearly due to in situ star formation. This mechanism may also apply for two other SNe we investigated (SN 1970L and SN 1997C), but this cannot be determined with final certainty. Another one, SN 2005nc associated with a gamma-ray burst (GRB 050525), is a special case not covered by our initial assumptions. Even with deep Hubble data, a host galaxy could not be unambiguously identified.

研究の動機と目的

• 宿主銀河が目に見える形で観測されない超新星が、検出されないほど明るさが低い表面輝度が低い（LSB）銀河に由来するのか、それとも超高速星（HVS）の前身星に由来するのかを特定すること。
• 一部の超新星が、高い速度で宿主銀河から打ち出されたHVSによって生成されるという仮説を検証すること。
• 深紫外画像と運動学的解析を用いて、のちに発見された最初のHVS前身星を、天の川銀河以外の銀河で同定・特徴づけること。
• 現在の調査手法が、明るさの低い宿主銀河を検出する能力に及ぼす制限と、超新星の宿主関連付けに与える影響を評価すること。

提案手法

• 宿主なし超新星の周囲に、明るさの限界が約27 mag arcsec⁻²の深紫外画像を用いて、微弱な宿主銀河を探索した。
• 検出可能性を評価するために、既知の最も明るさが低いLSB銀河（μ_B > 23 mag arcsec⁻²）に基づく表面輝度のしきい値を適用した。
• 角度的分離と赤方偏移のデータを用いて、前身星の投影空間速度を計算し、発射メカニズムを推定した。
• アーカイブされたハッブル宇宙望遠鏡（HST）のACSデータを解析し、宿主銀河検出の感度限界を27.4 magとした。
• SN 2005ncについてHSTデータを評価し、宿主の全光度に上限1.2×10⁸ L☉を設定した。
• 運動学的および形態的基準を用いて、現地での星形成や宿主銀河との相互作用を除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特定の超新星が目に見える宿主銀河を持たないのは、その宿主が検出可能なほど明るさが低いためなのか、それとも前身星が超高速星であるためなのか？
• RQ2 現在の光学的調査において、宿主銀河の最小検出可能な表面輝度はどの程度であり、それが超新星の宿主同定にどのように影響を与えるか？
• RQ3 超新星の前身星の運動学的性質、たとえば投影速度といった特徴が、それが超高速星として起源を持つことを確認できるか？
• RQ4 既存の画像データとカタログデータを用いて、天の川銀河以外の銀河で超高速超新星を同定することは可能か？
• RQ5 低全光度または低表面輝度の銀河のような極端な環境が、超新星の発生頻度と検出可能性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• SN 2006bxは、天の川銀河以外の銀河で発見された最初の超高速超新星であり、その投影速度は約800 km s⁻¹である。
• SN 2006bxの前身星は、その宿主銀河内に存在する超大質量ブラックホールによる重力スリングショットによって、高い速度を獲得した可能性が高い。
• 27 mag arcsec⁻²の感度限界内では、検出可能な宿主銀河は確認されず、SN 2006bxの宿主としての微弱なLSB銀河の存在は否定された。
• NGC 1058に存在するSN 1969Lは、遠紫外帯域でのみ明確に観測可能な非常に広がった星形成ディスクによって説明されるのが最も妥当である。
• GRB 050525に関連するSN 2005ncについても、HST ACSデータを用いても明確な宿主銀河は検出されず、全光度に上限1.2×10⁸ L☉が設定された。
• 投影距離が10 kpcを超えるというサンプル選別基準は、HVS前身星を有する超新星に強くバイアスをかけるものであり、これにより外部銀河におけるHVSの発見が可能になった。