[논문 리뷰] Nearby supernova host galaxies from the CALIFA Survey: II. SN environmental metallicity

L. Galbany, V. Stanishev외 17명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 25.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 133인용 수 34

한 줄 요약

이 연구는 CALIFA 설문조사의 적분장 스펙트로스코피를 활용하여 근접한 초신성 유형지기 은하(115개 은하, 142개 초신성)의 국지적 및 전반적 금속성 농도를 측정한다. 초신성 Ia, Ib/c, II 유형 간 기체상 금속성(12+log(O/H) ≈ 8.50 ± 0.02 dex)에 유의미한 차이가 없음을 발견하지만, 표적으로 삼은 탐색에서는 높은 금속성으로 편향되며, 특히 SN Ib는 SN Ic보다 국지적 금속성이 유의미하게 낮게 나타나, Ib의 경우 이중성 원천 모델과 Ic의 경우 단일별 바람에 의한 탈가스 모델을 지지한다.

ABSTRACT

The metallicity of a supernova (SN) progenitor, together with its mass, is one of the main parameters that rules their outcome. We present a metallicity study of 115 nearby SN host galaxies (0.00510 dex) by targeted searches. We also found no evidence that the metallicity at the SN location differs from the average metallicity at the GCD of the SNe. By extending our SN sample with published metallicities at the SN location, we studied the metallicity distributions for all SN subtypes split into SN discovered in targeted and untargeted searches. We confirm a bias toward higher host masses and metallicities in the targeted searches. Combining data from targeted and untargeted searches we found a sequence from higher to lower local metallicity: SN Ia, Ic, and II show the highest metallicity, which is significantly higher than SN Ib, IIb, and Ic-BL. Our results support the picture of SN Ib resulting from binary progenitors and, at least part of, SN Ic being the result of single massive stars stripped of their outer layers by metallicity driven winds. We studied several proxies of the local metallicity frequently used in the literature and found that the total host metallicity allows for the estimation of the metallicity at the SN location with an accuracy better than 0.08 dex and very small bias. In addition, weak AGNs not seen in total spectra may only weakly bias (by 0.04 dex) the metallicity estimate from integrated spectra. (abridged)

연구 동기 및 목표

• 고해상도 공간 해상도 스펙트로스코피를 활용하여 근접한 초신성 유형지기 은하의 국지적 및 전반적 기체상 금속성 농도를 측정한다.
• 초신성 위치의 금속성이 그 은하 중심 거리에서의 평균 금속성과 유의미하게 다를지 조사한다.
• 표적으로 삼은 초신성 탐색과 비표적 탐색이 유형지기 은하의 관측된 금속성 분포에 미치는 영향을 평가한다.
• 전체 은하 금속성의 국지적 초신성 위치 금속성 추정치로서의 신뢰성을 평가한다.
• 특히 SN Ib와 Ic의 경우 금속성이 관측된 성질에 미치는 영향을 검토한다.

제안 방법

• CALIFA 설문조사의 적분장 스펙트로스코피 데이터를 활용하여 115개의 근접 은하(0.005 < z < 0.03)에서 공간 해상도가 높은 발광선 측정치를 확보한다.
• Marino 등(2013)의 O3N2 보정법을 적용하여 발광선 비율(R2 = [O II]λ3727/Hβ, R3 = [O III]λ4959,Hβ)에서 기체상 금속성 농도를 유도한다.
• 초신성 위치의 금속성과 동일한 은하 중심 거리에서의 평균 금속성을 비교하여 공간적 변동성을 평가한다.
• 문헌에서 발표된 금속성 데이터와 CALIFA 데이터를 융합하여 샘플을 확장하고 초신성 유형별 금속성 분포를 연구한다.
• 약한 AGN 오염에 대한 보정을 포함하여 전체 은하 금속성이 국지적 초신성 금속성 추정치로서의 정확도를 평가한다.
• 금속성에 따른 초신성 유형 비율(예: Ibc/II)의 변화를 분석하여 원천 시나리오를 추론한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SN Ia, Ib/c, II 원천의 국지적 기체상 금속성에 통계적으로 유의미한 차이가 있는가?
• RQ2 초신성 위치의 금속성이 동일한 은하 중심 거리에서의 평균 금속성과 체계적으로 다를까?
• RQ3 초신성 탐색 전략(표적 대비 비표적)의 선택이 유형지기 은하의 관측된 금속성 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 전체 은하 금속성이 국지적 초신성 위치 금속성 추정치로서 얼마나 정확하게 추정될 수 있는가?
• RQ5 초신성 유형 간 관측된 금속성 경향은 그들의 원천 체계에 대해 어떤 시사점을 제공하는가?

주요 결과

• SN Ia, Ib/c, II 원천 간 국지적 기체상 금속성에 통계적으로 유의미한 차이가 없었으며, 모두 12+log(O/H) ≈ 8.50 ± 0.02 dex를 보였다.
• 전체 은하 금속성은 국지적 초신성 금속성 추정치로 0.08 dex 이내의 정확도와 최소한의 편향을 보이며 신뢰할 수 있는 대체 지표로 작용한다.
• 통합 스펙트럼에서 감지되지 않는 약한 AGN은 전체 금속성 추정치를 최대 0.04 dex까지 편향시킬 수 있다.
• 표적으로 삼은 탐색은 높은 은하 금속성과 질량으로 향하는 편향을 보이며, 대규모이자 금속성이 높은 은하를 선호하는 선택 효과와 일치한다.
• SN Ib는 SN Ic보다 유의미하게 낮은 국지적 금속성을 보이며, 이는 Ib의 경우 이중성 원천 모델과 Ic의 경우 적어도 일부에 대해 단일별 바람에 의한 탈가스 모델을 지지한다.
• 금속성이 증가함에 따라 Ibc/II 초신성 비율이 감소하며, 이는 SN Ib의 낮은 금속성에 기인하여 더욱 명확히 구분된 원천 채널을 지지한다.