[논문 리뷰] Supernovae without host galaxy? - Hypervelocity stars in foreign galaxies

Peter-Christian Zinn, P. Grunden외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 22.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 64인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 주로 탐지되지 않는 낮은 표면 밝기(_LSB_) 은하 또는 초고속 항성(HVS) 원천으로 인해 주변 은하가 보이지 않는 초신성(SNe)을 조사한다. 깊은 영상과 속도 분석을 통해 저자들은 UGC 5434에 있는 SN 2006bx가 은하계 외부에서 확인된 첫 번째 초고속 초신성임을 밝혀내었으며, 이는 약 ~800 km s⁻¹의 투영 속도를 보이며 초거대 블랙홀의 슬링샷 메커니즘에 의해 발사된 것으로 나타났다.

ABSTRACT

Harvesting the SAI supernova catalog, we search for SNe that apparently do not occur within a distinct host galaxy but lie a great distance apart from their assigned host galaxy. Assuming two possible explanations for this host-lessness of a fraction of reported SNe, namely (i) a host galaxy which is too faint to be detected within the limits of currently available surveys or (ii) a hypervelocity star (HVS) as progenitor of the SN,we want to distinguish between these two cases. To do so, we use deep imaging to test explanation (i). If within our detection limit of 27 mag/arcsec^2, the central surface brightness of the faintest known LSB galaxy so far, no galaxy could be identified, we discard this explanation and regard the SN, after several other checks, to have had a hypervelocity star progenitor. Analyzing a selected subsample of five host-less SNe we find one, SN 2006bx in UGC5434, to be put in the hypervelocity progenitor category with a high probability, exhibiting a projected velocity of > 800 km/s. SN 1969L in NGC1058 is most likely an example for a very extended star-forming disk visible only in the far-UV, not in the optical wavebands. Therefore this SN is clearly due to in situ star formation. This mechanism may also apply for two other SNe we investigated (SN 1970L and SN 1997C), but this cannot be determined with final certainty. Another one, SN 2005nc associated with a gamma-ray burst (GRB 050525), is a special case not covered by our initial assumptions. Even with deep Hubble data, a host galaxy could not be unambiguously identified.

연구 동기 및 목표

• 일부 초신성에서 시각적으로 확인되지 않는 은하가 주변 은하가 너무 흐린지, 아니면 초고속 항성(HVS) 원천으로 인한 것인지 판단하기 위해.
• 일부 초신성가 HVS로 인해 고속으로 은하에서 탈출한 후 발생하는지에 대한 가설을 검증하기 위해.
• 깊은 영상과 운동학적 분석을 통해 은하계 외부에서 첫 번째 HVS 원천을 식별하고 특성화하기 위해.
• 현재의 설문 조사가 흐린 주변 은하를 탐지하는 데에 미치는 한계와 초신성 주변 은하 연결에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 주변 은하가 보이지 않는 초신성 주변의 흐린 주변 은하를 탐지하기 위해 약 ~27 mag arcsec⁻²의 감도로 깊은 영상 분석을 수행하였다.
• 탐지 가능성 평가를 위해 알려진 가장 흐린 LSB 은하(μ_B > 23 mag arcsec⁻²)의 표면 밝기 기준을 적용하였다.
• 각도적 간격과 적색이동 자료를 사용하여 원천 항성의 투영 공간 속도를 계산하여 발사 메커니즘을 추론하였다.
• 은하 탐지에 대해 감도가 27.4 mag인 기록된 허블 우주 망원경(HST) ACS 데이터를 분석하였다.
• HST 데이터를 사용해 SN 2005nc를 평가하여 주변 은하의 빛의 상한선을 1.2×10⁸ L☉로 제한하였다.
• 운동학적 및 형태학적 기준을 사용하여 현지에서의 항성 형성과 은하 주변 상호작용을 배제하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일부 초신성에서 시각적으로 확인되지 않는 주변 은하의 부재는 주변 은하가 너무 흐려서 탐지되지 않는 것인지, 아니면 원천이 초고속 항성인가?
• RQ2 현재의 광학 설문 조사에서 주변 은하의 최소 탐지 가능한 표면 밝기는 얼마이며, 이는 초신성 주변 은하 식별에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 초신성 원천의 운동학적 특성, 예를 들어 투영 속도는 초고속 항성으로서의 기원을 확인할 수 있는가?
• RQ4 기존의 영상 및 카탈로그 데이터를 사용해 은하계 외부의 초고속 초신성을 식별할 수 있는가?
• RQ5 저광도 또는 낮은 표면 밝기 은하와 같은 극한 환경은 초신성의 발생과 탐지 가능성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• SN 2006bx는 은하계 외부에서 확인된 첫 번째 초고속 초신성로, UGC 5434에 위치해 있으며 투영 속도가 약 ~800 km s⁻¹이다.
• SN 2006bx의 원천은 주변 은하의 초거대 블랙홀 주위에서 중력 슬링샷을 통해 고속으로 발사된 것으로 추정된다.
• 27 mag arcsec⁻² 감도 범위 내에서 탐지 가능한 주변 은하가 없었으며, 이는 SN 2006bx의 주변 은하로 낮은 표면 밝기 은하가 존재하지 않는다는 것을 배제한다.
• NGC 1058에 있는 SN 1969L은 극도로 확장된 항성 형성 디스크로 설명되며, 이는 적외선 대역이 아닌 가시광선 대역에서는 탐지되지 않는다.
• GRB 050525와 연관된 SN 2005nc의 경우, HST ACS 데이터를 사용해도 명확한 주변 은하가 탐지되지 않았으며, 주변 빛의 상한선은 1.2×10⁸ L☉로 제한되었다.
• 투영 거리가 10 kpc 이상인 샘플 선별 기준은 HVS 원천을 가진 초신성에 대해 편향을 유도하며, 이는 은하계 외부의 HVS를 발견하는 데에 기여하였다.