[论文解读] A Search for Extragalactic Fast Blue Optical Transients in ZTF and the Rate of AT2018cow-like Transients

Anna Y. Q. Ho, D. A. Perley+41 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2021

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 3被引用 8

一句话总结

本研究基于兹维克瞬变源巡天（Zwicky Transient Facility, ZTF）的首份光谱分类样本，首次对河外快速蓝光学暂现源（extragalactic fast blue optical transients, FBOTs）进行了系统分析，识别出38个候选体，其光变曲线半高全宽在1 < t1/2 < 12 d之间，且颜色为蓝色（g−r ≤ −0.2 mag），其中28个被确认为FBOTs。关键结果表明，AT2018cow型暂现源——即具有极端性质、高光度且在X射线与射电波段明亮的暂现源——在本地核心塌缩超新星速率中的占比至多为0.1%，表明其为极为罕见的事件。

ABSTRACT

We present a search for extragalactic fast blue optical transients (FBOTs) during Phase I of the Zwicky Transient Facility (ZTF). We identify 38 candidates with durations above half-maximum light 1 d < t1/2 < 12 d, of which 28 have blue (g-r<-0.2 mag) colors at peak light. Of the 38 transients (28 FBOTs), 19 (13) can be spectroscopically classified as core-collapse supernovae (SNe): 11 (8) H- or He-rich (Type II/IIb/Ib) SNe, 6 (4) interacting (Type IIn/Ibn) SNe, and 2 (1) H&He-poor (Type Ic/Ic-BL) SNe. Two FBOTs (published previously) had high-S/N predominantly featureless spectra and luminous radio emission: AT2018lug and AT2020xnd. Seven (five) did not have a definitive classification: AT 2020bdh showed tentative broad H$\alpha$ in emission, and AT 2020bot showed unidentified broad features and was 10 kpc offset from the center of an early-type galaxy. Ten (six) have no spectroscopic observations or redshift measurements. We present multiwavelength (radio, millimeter, and/or X-ray) observations for five FBOTs (three Type Ibn, one Type IIn/Ibn, one Type IIb). Additionally, we search radio-survey (VLA and ASKAP) data to set limits on the presence of radio emission for 22 of the transients. All X-ray and radio observations resulted in non-detections; we rule out AT2018cow-like X-ray and radio behavior for five FBOTs and more luminous emission (such as that seen in the Camel) for four additional FBOTs. We conclude that exotic transients similar to AT2018cow, the Koala, and the Camel represent a rare subset of FBOTs, and use ZTF's SN classification experiments to measure the rate to be at most 0.1% of the local core-collapse SN rate.

研究动机与目标

• 基于ZTF第一阶段数据，识别并分类河外快速蓝光学暂现源（FBOTs）。
• 确定FBOTs的光谱分类及其多波段性质（光学、射电、X射线）。
• 通过与核心塌缩超新星速率对比，测量AT2018cow型暂现源的事件率。
• 评估具有强X射线与射电辐射的极端、高光度FBOTs的稀有程度。

提出的方法

• 应用筛选条件：峰值亮度时t1/2 < 12 d且g−r ≤ −0.2 mag，以定义FBOT候选体。
• 利用ZTF光学光变曲线及多 epoch 光谱，通过与已知超新星模板对比对暂现源进行分类。
• 对选定的FBOTs开展多波段后续观测（射电、亚毫米波、X射线）。
• 在VLA与ASKAP射电巡天数据中搜索，以建立射电辐射的非检测极限。
• 采用贝叶斯 SED 拟合（CIGALE）方法，基于测光数据建模宿主星系性质。
• 通过将此类事件的数量与本地核心塌缩超新星速率对比，计算AT2018cow型暂现源的事件率。

实验结果

研究问题

• RQ1 ZTF识别的FBOTs的光谱分类分布如何？
• RQ2 AT2018cow型暂现源在更广泛的FBOT群体中有多常见？
• RQ3 FBOTs的多波段（射电、X射线、亚毫米波）辐射成分如何？
• RQ4 具有蓝色颜色与短时标特征的FBOTs是否表现出相互作用或极端前身体的特征？
• RQ5 AT2018cow型暂现源在本地宇宙中的事件率上限是多少？

主要发现

• 共识别出38个FBOT候选体，其中28个基于时标与颜色标准被确认为快速蓝光学暂现源。
• 在38个FBOT中，19个（13个）被光谱分类为核心塌缩超新星：11个（8个）为II型/IIb型，6个（4个）为IIn型/Ibn型，2个（1个）为Ic型/Ic-BL型。
• 两个先前发表的FBOT（AT2018lug与AT2020xnd）表现出高信噪比的无特征光谱及明亮的射电辐射。
• 五个FBOT因在X射线与射电后续观测中未检测到信号，被排除为AT2018cow型。
• 另有四个FBOT被排除为具有与“骆驼”（Camel，一例高能暂现源）相当的辐射发射。
• AT2018cow型暂现源的事件率被限制在本地核心塌缩超新星速率的0.1%以内。