[논문 리뷰] The host of the Type I SLSN 2017egm: A young, sub-solar metallicity environment in a massive spiral galaxy

L. Izzo, C. C. Thöne외 8명|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 13.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 76인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 적색편이 2017egm의 은하계 주변 환경인 NGC 3191을 통합장역도 스펙트로스코피를 사용하여 별과 기체 성질을 해상도 있게 분석한다. 전체 금속성은 높지만, SLSN 발생 부위는 젊고 금속성이 낮은 별 집단(2–10 Myr, Z < 0.6 Z⊙)을 포함하고 있어, SLSNe I는 금속성이 낮은 국소적 환경에서 발생할 수 있으며, 최근 동반 은하인 MCG+08-19-017와의 상호작용으로 유도된 것으로 보인다.

ABSTRACT

Here we present an integral-field study of the massive, high-metallicity spiral NGC 3191, the host of SN 2017egm, the closest SLSN Type I to date. We use data from PMAS/CAHA and the public MaNGA survey to shed light on the properties of the SLSN site and the origin of star-formation in this non-starburst spiral galaxy. We map the physical properties different \ion{H}{II} regions throughout the galaxy and characterize their stellar populations using the STARLIGHT fitting code. Kinematical information allows to study a possible interaction with its neighbouring galaxy as the origin of recent star formation activity which could have caused the SLSN. NGC 3191 shows intense star-formation in the western part with three large SF regions of low metallicity. The central regions of the host have a higher metallicity, lower specific star-formation rate and lower ionization. Modeling the stellar populations gives a different picture: The SLSN region has two dominant stellar populations with different ages, the youngest one with an age of 2-10 Myr and lower metallicity, likely the population from which the SN progenitor originated. Emission line kinematics of NGC 3191 show indications of interaction with its neighbour MCG+08-19-017 at $\sim$45 kpc, which might be responsible for the recent starburst. In fact, this galaxy pair has in total hosted 4 SNe, 1988B (Type Ia), SN 2003ds (Type Ic in MCG+08-19-017), PTF10bgl (SLSN-Type II) and 2017egm, underlying the enhanced SF in both galaxies due to interaction. Our study shows that one has to be careful interpreting global host and even gas properties without looking at the stellar population history of the region. SLSNe seem to still be consistent with massive stars ($&gt;$ 20 M$_\odot$) requiring low ($&lt; 0.6Z_{\odot}$) metallicity and those environments can also occur in massive, late-type galaxies but not necessarily starbursts.

연구 동기 및 목표

• SLSN 2017egm의 가장 가까운 Type I SLSN 발생지인 NGC 3191의 은하계에서 별과 기체 성질을 해상도 있게 분석하여, 높은 전반적 금속성과 SLSNe I가 요구하는 저금속성 환경 사이의 모순을 해결한다.
• 근처 은하 MCG+08-19-017와의 중력적 상호작용이 SLSN 폭발로 이어진 최근 별 형성 활동을 유도했는지 평가한다.
• 해상도 있는 스펙트럼 에너지 분포 모델링을 통해 SLSN 발생지의 별 집단 연령과 금속성을 결정하여 원천 제약 조건을 추론한다.
• 전반적 또는 기체상 금속성을 단독으로 사용할 경우 원천 조건 추정에 오류가 발생할 수 있음을 평가하며, 공간 해상도가 확보된 별 집단 분석의 필요성을 강조한다.

제안 방법

• PMAS/CAHA 및 MaNGA를 사용하여 통합장역도(IFS) 스펙트로스코피를 확보하여 NGC 3191 전역의 물리적 조건을 공간 해상도로 맵핑한다.
• STARLIGHT 피팅 코드를 적용하여 H II 영역의 별 집단 합성 모델링을 수행하고, 통합 빛으로부터 연령 및 금속성 분포를 유도한다.
• 발광선 비율(예: [O III]/Hβ, [N II]/Hα)과 운동학적 특성을 분석하여 은하 전역의 기체상 금속성 및 이온화 조건을 규명한다.
• 금속성 기울기와 기록된 운동학적 비대칭(예: 속도장 왜곡)을 맵핑하여 MCG+08-19-017와의 과거 상호작용을 탐색한다.
• R23 기반 금속성 지표를 사용하고 직접 측정 방법과 비교하여 기체상 금속성 측정에서의 과대평가 가능성을 평가한다.
• SLSN 발생지 성질을 주변 H II 영역과 연관지어 환경 일관성과 별 형성 역사 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SLSNe I는 전반적 금속성이 태양과 유사한 대규모 고금속성 spiral 은하에서 발생할 수 있는가? 이는 일반적으로 저금속성 난방 은하가 주로 SLSNe I의 주체로 여겨지지만, 실제로는 그렇지 않은가?
• RQ2 SLSN 2017egm 발생지의 별 집단 연령과 금속성은 무엇이며, 이는 거대하고 저금속성 별이 원천으로 요구하는 조건을 충족하는가?
• RQ3 NGC 3191의 서쪽 H II 영역에서 관측된 최근 별 형성 활동은 동반 은하 MCG+08-19-017와의 중력적 상호작용으로 인해 유도된 것인가?
• RQ4 SLSN 주변 기체의 물리적 성질은 기반 별 집단과 비교해 볼 때 어떻게 다른가? 이는 원천 추론에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 별 집단 역사가 해상도 없이 분석될 경우, 전반적 또는 기체상 금속성 측정이 원천 성질 추정에 얼마나 오류를 일으킬 수 있는가?

주요 결과

• SLSN 2017egm 발생지에는 연령 2–10 Myr, 금속성 0.6 Z⊙ 이하인 젊은 별 집단이 존재하며, 이는 거대 별의 원천과 일치한다.
• 은하 전체 금속성이 태양 수준에 가까운 상황에서도, SLSN 발생지에서는 최근 기체상 금속성이 낮은 지역에서의 별 형성 폭발로 인해 국소적으로 저금속성 환경이 형성되어 있다.
• NGC 3191의 서쪽 H II 영역는 음의 금속성 기울기를 보이며, 금속이 적은 기체가 더 높은 농도로 집중되어 있음을 시사한다. 이는 MCG+08-19-017와의 상호작용으로 인한 유입 또는 기체 재배치 때문일 가능성이 높다.
• 운동학 분석 결과, NGC 3191의 외곽 영역에서 속도장 왜곡이 관측되어, 최근 수천만 년 이내에 MCG+08-19-017와의 중력적 상호작용이 발생했음을 뒷받침한다.
• NGC 3191와 MCG+08-19-017는 총 네 건의 초신성(1988B(Type Ia), 2003ds(Type Ic), PTF10bgl(SLSN-II), 2017egm(SLSN-I))을 기록했으며, 이는 상호작용에 의해 별 형성 활동이 증가했음을 시사한다.
• 별 집단 모델링 결과, SLSN 영역의 35%가 30 Myr 미만의 연령을 가지며, 그 중 3%는 10 Myr 미만의 매우 젊은 연령을 가짐을 확인하여 최근의 별 폭발이 존재함을 지지한다.