[论文解读] A repeating FRB in a dense environment with a compact persistent radio source

Chenhui Niu, K.K. Aggarwal+33 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2021

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用 4

一句话总结

该论文报告了FRB 190520B的发现，这是一个重复的快速射电暴，其宿主星系致密且紧凑，红移z=0.241，具有较高的比恒星形成速率，且与一个持续射电源（PRS）共位置。该宿主星系的色散量（DM）约为902 pc cm⁻³，显著高于典型FRB宿主星系，挑战了标准的红移推断方法，提示活跃重复FRB在致密环境中可能处于独特或早期演化阶段。

ABSTRACT

Fast radio bursts (FRBs) are the most energetic radio transients in the Universe, the central engines of which remain unknown and could be diverse. The dispersion sweeps of FRBs provide a unique probe of the ionized baryon content of the intergalactic medium as well as FRBs natal environments. Here we report the discovery and localization of a new active repeater, FRB 190520B, which is co-located with a compact, persistent radio source (PRS) and identified with a dwarf host galaxy of high specific star formation rate at a redshift $z=0.241$. The estimated host galaxy dispersion measure (DM) $ m DM_{ m host} \approx 902^{+88}_{-128}$~pc~cm$^{-3}$ is nearly an order of magnitude higher than the average of FRB host galaxies and much larger than those of the intergalactic medium, suggesting caution in inferring redshifts for FRBs without accurate host galaxy identifications. This represents the second source after FRB 121102 with a confirmed association between a FRB and a compact PRS. The dense, complex host galaxy environment and the associated persistent radio source may point to a distinctive origin or an earlier evolutionary stage for active repeating FRBs.

研究动机与目标

• 确定重复FRB 190520B的宿主星系及其环境背景。
• 研究与重复FRB相关的紧凑持续射电源（PRS）的起源及其意义。
• 评估高宿主色散量（DM）对FRB红移估计的影响。
• 探讨致密、高恒星形成率的环境与PRS关联是否表明活跃重复FRB具有不同的演化阶段或起源。
• 将FRB 190520B与FRB 121102进行比较，评估其在持续射电发射和宿主环境方面的相似性。

提出的方法

• 利用深度射电与光学后续观测，将FRB 190520B定位至红移z=0.241的矮星系。
• 通过爆发的色散扫频测量宿主星系色散量（DM_host），得出DM_host ≈ 902⁺⁸⁸₋₁²⁸ pc cm⁻³。
• 利用高分辨率射电成像，识别出与FRB共位置的紧凑、持续射电源（PRS）。
• 利用多波段数据分析宿主星系的恒星形成速率及其环境，评估其密度与复杂性。
• 将FRB 190520B的色散量与环境特性与FRB 121102及其他FRB宿主进行比较，以识别规律。
• 评估高DM_host对红移推断的影响，强调准确识别宿主星系的重要性。

实验结果

研究问题

• RQ1 FRB 190520B的宿主星系环境是什么？其高色散量与典型FRB宿主相比如何？
• RQ2 重复FRB与紧凑持续射电源（PRS）之间是否存在物理关联？
• RQ3 高宿主色散量（~902 pc cm⁻³）如何影响FRB红移估计的可靠性？
• RQ4 PRS与重复FRB共位置对原初系统或其演化状态意味着什么？
• RQ5 FRB 190520B的特性与FRB 121102相比如何？FRB 121102是唯一一个确认具有PRS关联的FRB。

主要发现

• FRB 190520B被定位至一个在红移z=0.241处具有高比恒星形成速率的矮星系。
• 宿主星系色散量（DM_host）估计为~902⁺⁸⁸₋₁²⁸ pc cm⁻³，比FRB宿主的平均值高出近一个数量级。
• 与FRB 190520B共位置的紧凑、持续射电源（PRS）被识别，这是继FRB 121102之后的第二个此类关联。
• 高DM_host远大于预期的星际介质贡献，表明在红移估计中必须仔细考虑宿主星系的贡献。
• 致密复杂的环境与PRS关联提示FRB 190520B可能代表活跃重复FRB的一种独特起源或早期演化阶段。
• 研究结果强调了在基于FRB色散量推断宇宙学距离时，准确识别宿主星系的重要性。