[論文レビュー] The host of the Type I SLSN 2017egm: A young, sub-solar metallicity environment in a massive spiral galaxy

L. Izzo, C. C. Thöne+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2017

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 76被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、積分場分光法を用いて、タイプI SLSN 2017egmの母銀河NGC 3191の星およびガスの性質を解明した。母銀河の全般的な金属量が高いためにも、SLSNサイトには若く低金属量の星族（2–10 Myr、Z < 0.6 Z⊙）が存在しており、これはSLSNe Iが金属量が低い局所的環境を有する質量が大きく、晩期のスパイラル銀河でも形成可能であることを示しており、おそらく最近の同伴銀河MCG+08-19-017との相互作用によって引き起こされたものと考えられる。

ABSTRACT

Here we present an integral-field study of the massive, high-metallicity spiral NGC 3191, the host of SN 2017egm, the closest SLSN Type I to date. We use data from PMAS/CAHA and the public MaNGA survey to shed light on the properties of the SLSN site and the origin of star-formation in this non-starburst spiral galaxy. We map the physical properties different \ion{H}{II} regions throughout the galaxy and characterize their stellar populations using the STARLIGHT fitting code. Kinematical information allows to study a possible interaction with its neighbouring galaxy as the origin of recent star formation activity which could have caused the SLSN. NGC 3191 shows intense star-formation in the western part with three large SF regions of low metallicity. The central regions of the host have a higher metallicity, lower specific star-formation rate and lower ionization. Modeling the stellar populations gives a different picture: The SLSN region has two dominant stellar populations with different ages, the youngest one with an age of 2-10 Myr and lower metallicity, likely the population from which the SN progenitor originated. Emission line kinematics of NGC 3191 show indications of interaction with its neighbour MCG+08-19-017 at $\sim$45 kpc, which might be responsible for the recent starburst. In fact, this galaxy pair has in total hosted 4 SNe, 1988B (Type Ia), SN 2003ds (Type Ic in MCG+08-19-017), PTF10bgl (SLSN-Type II) and 2017egm, underlying the enhanced SF in both galaxies due to interaction. Our study shows that one has to be careful interpreting global host and even gas properties without looking at the stellar population history of the region. SLSNe seem to still be consistent with massive stars ($&gt;$ 20 M$_\odot$) requiring low ($&lt; 0.6Z_{\odot}$) metallicity and those environments can also occur in massive, late-type galaxies but not necessarily starbursts.

研究の動機と目的

• SLSNe Iの形成に必要な低金属量環境であるにもかかわらず、太陽に近い全般的な金属量を持つ母銀河NGC 3191の星およびガスの性質を解明し、その表面的矛盾を解消すること。
• 近接銀河MCG+08-19-017との重力的相互作用が、SLSNの爆発を引き起こした最近の星形成を引き起こしたかどうかを評価すること。
• SLSNサイトにおける星族の年齢と金属量を、分解能のあるスペクトルエネルギー分布モデリングを用いて特定し、前身星の制約を導くこと。
• 星形成歴が解明されていない状況で、全銀河的またはガス相金属量のみを用いることによる推定の信頼性を評価し、空間分解された星族解析の重要性を強調すること。

提案手法

• PMAS/CAHAおよびMaNGAを用いた積分場ユニット（IFU）分光法により、NGC 3191全体の物理的状態を空間的に分解してマッピングした。
• 星族合成モデリングにSTARLIGHTコードを適用し、H II領域の統合光から年齢および金属量分布を導出。
• 発光線比（例：[O III]/Hβ、[N II]/Hα）および運動学的解析を実施し、銀河全体におけるガス相金属量およびイオン化状態を特定。
• 金属量勾配のマッピングと、速度場のねじれ（例：速度場のねじれ）の同定により、MCG+08-19-017との過去の相互作用を調査。
• R23に基づく金属量指標を用い、直接測定法と比較することで、ガス相金属量測定値の過大評価の可能性を評価。
• SLSNサイトの性質と周囲のH II領域を相関させ、環境の一貫性および星形成歴を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SLSNe Iが、太陽に近い全般的な金属量を持つ質量が大きくスパイラル銀河に形成可能かどうか、特に低金属量の矮星銀河が母銀河とされるという一般的な見解とは対照的に。
• RQ2 SLSN 2017egmサイトにおける星族の年齢と金属量は何か。また、これは質量が大きく低金属量の星の前身星要件を満たしているか。
• RQ3 NGC 3191の西部H II領域に見られる最近の星形成活動は、同伴銀河MCG+08-19-017との重力的相互作用によって引き起こされたものか。
• RQ4 SLSN母銀河における発光ガスの物理的性質とそれらの背後にある星族との関係は何か。また、これは前身星推定にどのような含意を持つのか。
• RQ5 星族の歴史が解明されていない状況で、全銀河的またはガス相金属量測定値が、前身星の性質推定をどの程度誤解を招く可能性があるか。

主な発見

• SLSN 2017egmサイトには、2–10 Myrの若年齢星族（金属量 < 0.6 Z⊙）が存在しており、これは質量の大きな星の前身星と整合的である。
• 母銀河全体の金属量が太陽に近いにもかかわらず、SLSNサイトは、低ガス相金属量の領域で最近の星形成バーストが発生したため、局所的に低金属量環境を示している。
• NGC 3191の西部H II領域には負の金属量勾配が見られ、金属が乏しいガスが集中していることが示され、これはおそらくMCG+08-19-017との相互作用による流入またはガス再配置の結果である。
• 運動学的解析により、NGC 3191の外縁部に速度場のねじれが確認され、これは過去数千万年以内にMCG+08-19-017との重力的相互作用が発生したことに一致する。
• NGC 3191とMCG+08-19-017の銀河対は、合計で4つの超新星を発生させている—1988B（タイプIa）、2003ds（タイプIc）、PTF10bgl（SLSN-II）、2017egm（SLSN-I）—相互作用による星形成の増強を示している。
• 星族モデリングの結果、SLSN領域の35%の星が30 Myr未満の年齢であり、そのうち3%が10 Myr未塔の年齢であることが判明し、非常に最近の星形成バーストの存在を支持する。