[논문 리뷰] Host Galaxies for Four Nearby CHIME/FRB Sources and the Local Universe FRB Host Galaxy Population

Mohit Bhardwaj, Daniele Michilli외 25명|arXiv (Cornell University)|2023. 10. 16.

Pulsars and Gravitational Waves Research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 저분산 측정값, 높은 은하수 위도, 베이스밴드 데이터를 바탕으로 네 개의 근접한 비반복적 CHIME/FRB 소스(FRB 20181223C, 20190418A, 20191220A, 20190425A)의 은하수 주변 은하를 특정하여, 모두 적색편이 0.027–0.071 사이의 나선파랑(후기형) 은하임을 밝혀냈다. 18개의 국지적 FRB 주변 은하를 분석한 결과, 나선파랑 은하에 대한 강한 형상적 선호도가 확인되었으며, 이는 이전의 타원은하 주변 은하 보고와 도전하고 있으며, FRB와 항성 형성 영역 간의 연관성을 강화한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 낮은 간성 분산 측정값과 높은 은하수 위도를 가지며, 베이스밴드 데이터가 확보된 네 개의 비반복적 CHIME/FRB 소스의 주변 은하를 특정하기 위해.
• 다중 파장 영상 및 스펙트로스코피를 이용하여 이러한 주변 은하의 형상 및 항성 형성 특성을 평가하기 위해.
• 신규 및 기존의 주변 은가 연결 정보를 융합하여 국지적 FRB 주변 은하(적색편이 z < 0.1)의 민족통계 분석을 수행하기 위해.
• 지속적인 라디오 및 중력파 소스를 포함한 다중 메시저 대응체를 검색하기 위해.
• 깊은 모니터링을 통해 초기 분류가 비반복적이라 하더라도 이들 FRB가 반복 펄스를 방출할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• CHIME/FRB 카탈로그-1에서 저 DM(<100 pc cm⁻³), 높은 은하수 위도(|b| > 10°), 그리고 베이스밴드 데이터 확보 가능성을 기준으로 FRB를 선별하였다.
• CFHT, GTC, Magellan, Gemini North 망원경 자료를 이용해 깊은 영상 촬영 및 광학적 적색편이 추정을 수행하였다.
• 발광선 진단을 통해 적색편이 및 항성 형성률을 확인하기 위해 스펙트로스코픽 후속 관측을 실시하였다.
• 기록된 자료 및 동시 자료를 활용해 지속적인 라디오 및 중력파 대응체를 검색하였다.
• 14개의 이전에 발표된 국지적 FRB 주변 은하(z < 0.1)와 신규 주변 은가 연결 정보를 융합하여 통계적 주변 은하 민족통계 분석을 수행하였다.
• 주변 은하 집단 내 형상 및 환경적 경향의 유의미성을 평가하기 위해 가설 검정을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저분산 측정값과 높은 은하수 위도를 가지며, 비반복적인 네 개의 근접한 CHIME/FRB 소스의 주변 은하는 무엇인가?
• RQ2 이 FRB 주변 은하는 알려진 FRB 집단과 일치하는 형상 또는 항성 형성 특성을 보이는가?
• RQ3 지속적인 라디오 또는 중력파 소스와 같은 다중 메시저 대응체가 이 FRB들과 연관되어 있는가에 대한 증거가 있는가?
• RQ4 이들 FRB의 주변 은하 특성은 국지적 FRB 주변 은하 집단(z < 0.1)과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 초기 분류가 비반복적이라도 이들 비반복적 FRB들이 반복 펄스를 방출할 수 있는 활성 소스일 수 있는가?

주요 결과

• 모든 네 개의 신규 특정 FRB 주변 은하는 중간에서 높은 항성 형성률을 보이며, 적색편이가 0.027에서 0.071 사이인 나선파랑(후기형) 은하이다.
• 이전에 타원은하로 보고된 FRB 20220509G의 주변 은하는 형상 분석을 통해 나선파랑 은하로 재분류되었다.
• 국지적 FRB 주변 은하 18개(z < 0.1) 중 모두 나선파랑 은하이며, 이는 국지적 FRB 집단에서 강한 형상적 선호도를 시사한다.
• 네 개의 FRB 중 어느 하나의 지속적인 밀집 라디오 또는 중력파 대응체도 감지되지 않았다.
• 2018년 7월 1일부터 2021년 5월 1일까지의 모니터링 기간 동안 네 개의 FRB에서 반복 펄스는 감지되지 않았지만, 그들의 펄스 빈도는 알려진 반복적 CHIME/FRB 소스에서 관측된 범위 내에 들어있다.
• 결과적으로, 국지적 FRB는 주로 항성 형성 나선파랑 은하와 연관되어 있으며, 샘플 내에서 타원은하 주변 은하에 대한 증거는 없음을 지지한다.