[논문 리뷰] Nearby supernova host galaxies from the CALIFA Survey: I. Sample, data analysis, and correlation to star-forming regions

L. Galbany, V. Stanishev외 26명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 04.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 144인용 수 53

한 줄 요약

이 연구는 CALIFA 설문조사에서 확보한 광학적 통합장역도 스펙트로스코피를 사용하여 근접한 초신성(SN) 호스팅 은하를 분석하여, SNe Ibc/IIb는 항성 형성 밀도가 높고 항성 형성 영역에 가까운 지역에서 선호적으로 폭발하는 반면, SNe Ia는 더 약한 공간적 상관관계를 보임을 밝혀냈다. 연구 결과는 SNe Ia 호스팅 은하가 더 질량이 크고 연령이 더 많은 항성 인구를 포함하고 있음을 시사하며, 적어도 일부 SNe Ia의 원천은 매우 오래된 별일 가능성이 있음을 시사한다. 또한 유사한 항성 형성률을 가진 상황에서도 SNe Ia의 비율이 질량이 큰 은하에서 더 높다는 점은 SNe Ia와 핵붕괴 초신성 호스팅 은하 간의 질량 차이를 설명한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스펙트로스코픽 데이터를 활용하여 근접한 초신성 호스팅 은하의 환경적 특성을 조사한다.
• 다양한 초신성 유형과 항성 형성 영역 간의 공간적 상관관계를 규명한다.
• 초신성 원천의 연령 분포를 이해하기 위해 SNe Ia 및 핵붕괴 초신성 호스팅 은하의 항성 형성 역사를 탐구한다.
• SFH와 지연시간 분포를 결합하여 SNe Ia와 핵붕괴 초신성 호스팅 은하 간의 관측된 질량 차이를 설명한다.
• 호스팅 은하 성질과 공간적 상관관계를 바탕으로 SNe Ia 원천 모델에 대한 함의를 평가한다.

제안 방법

• 0.005 < z < 0.03 범위의 67개의 근접한 초신성 호스팅 은하에 대해 CALIFA 설문조사에서 확보한 광학적 통합장역도 스펙트로스코피를 사용하여 공간 해상도 데이터를 확보하였다.
• 항성 형성률(SFR) 및 항성 인구 연령 지표는 방출선 진단(예: Hα 등가폭)과 항성 인구 합성 모델링을 통해 유도되었다.
• 공간적 상관관계 분석은 초신성 폭발 위치를 국소 항성 형성 밀도, 항성 인구 연령, 이온화된 가스 성질과 비교하였다.
• STARLIGHT 코드를 사용하여 은하 디스크 전반에 걸쳐 항성 인구 성분을 분리하여 항성 형성 역사를 복원하였다.
• SNe Ia의 지연시간 분포(DTD)를 SFH와 결합하여 다양한 호스팅 은하에서의 SNe Ia 발생률을 예측하였다.
• Kolmogorov-Smirnov(KS) 검정을 사용하여 초신성 유형 간 환경 매개변수를 통계적으로 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다른 초신성 유형은 호스팅 은하 내 항성 형성 영역과 다른 공간적 상관관계를 보이는가?
• RQ2 비록 유사한 항성 형성률을 가졌음에도 불구하고 SNe Ia 호스팅 은하는 핵붕괴 초신성 호스팅 은하보다 더 질량이 큰 이유는 무엇인가?
• RQ3 항성 인구 연령이 SNe Ia와 핵붕괴 초신성 발생 가능성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 SNe Ia 호스팅 은하의 항성 형성 역사는 핵붕괴 초신성 호스팅 은하와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 관측된 SNe Ia 발생률의 차이가 SFH와 DTD를 통해 설명될 수 있는가?

주요 결과

• SNe Ibc/IIb는 SNe II 또는 SNe Ia보다 항성 형성 표면 밀도가 높고 항성 형성 영역에 더 가까운 지역에서 폭발한다.
• SNe Ia 호스팅 은하의 질량은 핵붕괴 초신성 호스팅 은하보다 평균적으로 0.3–0.8 dex 높으며, 이는 오래된 항성 인구 비율이 더 높기 때문이다.
• 유사한 총 항성 형성률을 가졌음에도 불구하고, SNe Ia 호스팅 은하는 핵붕괴 초신성 호스팅 은하보다 SNe Ia를 두 배 더 많이 생성할 것으로 예측되며, 이는 오래된 항성 인구와 DTD 때문이 다.
• 저질량 SNe Ia 호스팅 은하(log M < 10.5)의 항성 형성 역사는 총 74.89%의 항성 형성이 24억 년 이상 전에 일어났으며, 질량이 큰 은하에서는 이 비율이 97.95%에 이른다.
• 저질량 은하는 SNe Ia를 질량이 큰 은하의 10분의 1, 핵붕괴 초신성을 3분의 1만 생성하며, 이는 CC 초신성 대비 SNe Ia 비율이 은하 질량 감소에 따라 증가함을 시사한다.
• SNe Ia는 평균 은하 전체 성질을 가진 위치에서 폭발하는 반면, 핵붕괴 초신성은 은하 평균보다 더 어린 항성 인구가 있는 지역에서 발생한다.