[논문 리뷰] A Search for Extragalactic Fast Blue Optical Transients in ZTF and the Rate of AT2018cow-like Transients

Anna Y. Q. Ho, D. A. Perley외 41명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 18.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 3인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 제위키 전이성 시설(Zwicky Transient Facility, ZTF)의 데이터에서 처음으로 스펙트로스코피적으로 분류된 은하간 빠른 파란 광학성우변동(FBOTs) 샘플을 제시한다. 짧은 지속시간(1 < t1/2 < 12일)과 파란 색깔(g−r ≤ −0.2 등화)을 가지며 총 38개의 후보자가 확인되었고, 그 중 28개는 확정된 FBOTs이다. 주요 결과는 AT2018cow 유사 성우변동—기괴하고 빛나는, X선/라디오 방사선이 강한 천체—가 국소 핵붕괴 초신성의 비율에서 최대 0.1%에 불과하다는 점으로, 이는 매우 희귀한 사건임을 시사한다.

ABSTRACT

We present a search for extragalactic fast blue optical transients (FBOTs) during Phase I of the Zwicky Transient Facility (ZTF). We identify 38 candidates with durations above half-maximum light 1 d < t1/2 < 12 d, of which 28 have blue (g-r<-0.2 mag) colors at peak light. Of the 38 transients (28 FBOTs), 19 (13) can be spectroscopically classified as core-collapse supernovae (SNe): 11 (8) H- or He-rich (Type II/IIb/Ib) SNe, 6 (4) interacting (Type IIn/Ibn) SNe, and 2 (1) H&He-poor (Type Ic/Ic-BL) SNe. Two FBOTs (published previously) had high-S/N predominantly featureless spectra and luminous radio emission: AT2018lug and AT2020xnd. Seven (five) did not have a definitive classification: AT 2020bdh showed tentative broad H$\alpha$ in emission, and AT 2020bot showed unidentified broad features and was 10 kpc offset from the center of an early-type galaxy. Ten (six) have no spectroscopic observations or redshift measurements. We present multiwavelength (radio, millimeter, and/or X-ray) observations for five FBOTs (three Type Ibn, one Type IIn/Ibn, one Type IIb). Additionally, we search radio-survey (VLA and ASKAP) data to set limits on the presence of radio emission for 22 of the transients. All X-ray and radio observations resulted in non-detections; we rule out AT2018cow-like X-ray and radio behavior for five FBOTs and more luminous emission (such as that seen in the Camel) for four additional FBOTs. We conclude that exotic transients similar to AT2018cow, the Koala, and the Camel represent a rare subset of FBOTs, and use ZTF's SN classification experiments to measure the rate to be at most 0.1% of the local core-collapse SN rate.

연구 동기 및 목표

• ZTF 1단계 데이터에서 은하간 빠른 파란 광학성우변동(FBOTs)을 식별하고 분류하기.
• FBOTs의 스펙트로스코픽 분류 및 다파장성(광학, 라디오, X선) 특성 파악하기.
• 핵붕괴 초신성 비율과 비교하여 AT2018cow 유사 성우변동의 비율 측정하기.
• 강한 X선 및 라디오 방사선을 보이는 기괴하고 빛나는 FBOTs의 희귀성 평가하기.

제안 방법

• FBOT 후보자 정의를 위한 선별 기준 적용: 피크 밝기에서 t1/2 < 12일 및 g−r ≤ −0.2 등화.
• ZTF 광선곡선과 다중 에포크 스펙트럼을 이용해 알려진 초신성 템플릿과 비교하여 성우변동 분류.
• 선택된 FBOTs에 대해 다파장 후속 관측(라디오, 밀리미터, X선) 수행.
• VLA 및 ASKAP 라디오 조사에서 비검출 한계 설정을 위해 검색.
• 광도 데이터로부터 주변 은하 성질을 모델링하기 위해 베이지안 SED 피팅(CIGALE) 사용.
• 해당 사건 수를 국소 핵붕괴 초신성 비율과 비교하여 AT2018cow 유사 성우변동의 비율 계산.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ZTF로 식별된 FBOTs의 스펙트로스코픽 분류 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 AT2018cow 유사 성우변동은 더 넓은 FBOT 인구 집단에서 얼마나 흔한가?
• RQ3 FBOTs의 다파장(라디오, X선, 밀리미터) 방사선 성분은 무엇인가?
• RQ4 파랑 색깔과 짧은 지속시간을 가지는 FBOTs는 상호작용 또는 기괴한 원천을 나타내는 징후를 보이는가?
• RQ5 국소 우주에서 AT2018cow 유사 성우변동의 상한 비율은 얼마인가?

주요 결과

• 총 38개의 FBOT 후보자가 식별되었으며, 지속시간과 색깔 기준을 만족하여 28개가 빠른 파란 광학성우변동으로 확인되었다.
• 38개의 FBOTs 중 19(13)개는 핵붕괴 초신성으로 스펙트로스코피적으로 분류되었으며, 이 중 11(8)개는 타입 II/IIb, 6(4)개는 타입 IIn/Ibn, 2(1)개는 타입 Ic/Ic-BL로 분류되었다.
• 이전에 발표된 두 개의 FBOTs(AT2018lug 및 AT2020xnd)는 고신호대비비율의 특징이 없는 스펙트럼과 빛나는 라디오 방사선을 보였다.
• 다섯 개의 FBOTs는 X선 및 라디오 후속 관측에서 비검출로 인해 AT2018cow 유사로 간주되지 않았다.
• 추가로 네 개의 FBOTs는 캠엘(매우 에너지가 큰 성우변동)만큼 빛나는 방사선을 포함하지 않는 것으로 평가되었다.
• AT2018cow 유사 성우변동의 비율은 국소 핵붕괴 초신성 비율의 최대 0.1% 이하로 제한된다.