[论文解读] A sub-solar metallicity is required for superluminous supernova progenitors

T. W. Chen, S. J. Smartt+6 more|arXiv (Cornell University)|May 16, 2016

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用 10

一句话总结

本研究基于18个低红移SLSN宿主星系的样本，发现超亮超新星（SLSN）前身星需要低于太阳金属量的环境，宿主星系金属量上限约为~0.5 Z_sun。作者将低金属量与磁星驱动的高光度联系起来，表明宿主星系金属量与所需初始磁星自旋之间存在相关性。

ABSTRACT

Host galaxy properties provide strong constraints on the stellar progenitors of superluminous supernovae. By comparing a sample of 18 low-redshift superluminous supernova hosts to a volume-limited galaxy population in the local Universe, we show that sub-solar metallici- ties seems to be a requirement. All superluminous supernovae in hosts with high measured gas-phase metallicities are found to explode at large galactocentric radii, indicating that the metallicity at the explosion site is likely lower than the integrated host value. We also confirm that high specific star-formation rates are a feature of superluminous supernova host galaxies, but interpret this as simply a consequence of the anti-correlation between gas-phase metallic- ity and specific star-formation rate and the requirement of on-going star formation to produce young, massive stars greater than ~ 10-20 M_sun . Based on our sample, we propose an upper limit of ~ 0.5 Z_sun for forming superluminous supernova progenitors (assuming an N2 metal- licity diagnostic and a solar oxygen abundance of 8.69). Finally, we show that if magnetar powering is the source of the extreme luminosity then the required initial spins appear to be correlated with metallicity of the host galaxy. This correlation needs further work, but if it holds it is a powerful link between the supernova parameters and nature of the progenitor population.

研究动机与目标

• 确定超亮超新星（SLSN）前身星形成所需的金属量条件。
• 解决观测到的SLSN宿主星系金属量与大质量恒星形成理论预期之间的矛盾。
• 探究SLSN宿主星系中高比恒星形成率是否为低金属量的直接原因，还是其结果。
• 探讨宿主星系金属量与驱动磁星初始自旋之间的潜在关联。

提出的方法

• 将18个低红移SLSN宿主星系样本与一个体积受限的本地星系对照样本进行比较。
• 利用N2金属量诊断法测量气体相金属量，估算宿主星系的金属量。
• 分析SLSN在宿主星系内的空间分布，推断爆发位置的局部金属量。
• 研究SLSN宿主星系中比恒星形成率（sSFR）与金属量之间的相关性。
• 建模磁星驱动光度对宿主星系金属量的依赖关系，推导所需初始自旋。

实验结果

研究问题

• RQ1 超亮超新星前身星的宿主星系金属量上限是多少？
• RQ2 为何SLSN倾向于发生在比恒星形成率较高的宿主星系中？
• RQ3 SLSN宿主星系中观测到的金属量是否能代表爆发位置的真实情况？还是局部金属量更低？
• RQ4 宿主星系金属量与驱动磁星的初始自旋之间是否存在相关性？

主要发现

• 所有在高金属量宿主星系中爆发的SLSN均发生在远离星系中心的区域，表明爆发位置的局部金属量可能为亚太阳量。
• 本研究在假设使用N2金属量诊断法及太阳氧丰度为8.69的前提下，确立了SLSN前身星形成金属量上限约为~0.5 Z_sun。
• SLSN宿主星系中高比恒星形成率并非直接驱动力，而是金属量与sSFR之间负相关的副产品。
• 对高初始磁星自旋的需求似乎与宿主星系金属量相关，提示前身星性质与金属量之间存在物理解释关联。
• 亚太阳金属量是SLSN前身星形成的必要条件，与偏好低金属量大质量恒星的理论模型一致。
• 结果支持SLSN光度由磁星驱动的模型，且金属量影响达到足够能量输出所需之自旋。