[论文解读] Characterizing the FRB host galaxy population and its connection to transients in the local and extragalactic Universe

Shivani Bhandari, K. E. Heintz+24 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2021

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 15被引用 7

一句话总结

本研究对三个快速射电暴（FRBs）——其中两个为非重复源，一个为重复源——进行了定位，并利用多波段数据分析其宿主星系。研究发现，重复与非重复FRBs的宿主星系在物理性质上无显著差异，宿主星系表现出中等程度的恒星形成，电离机制主要由恒星形成和LINER主导，且FRBs在大质量红序星系中极为罕见，排除了延迟原行星通道作为主导形成机制的可能性。

ABSTRACT

We present the localization and host galaxies of one repeating and two apparently non-repeating Fast Radio Bursts. FRB20180301A was detected and localized with the Karl G. Jansky Very Large Array to a star-forming galaxy at $z=0.3304$. FRB20191228A, and FRB20200906A were detected and localized by the Australian Square Kilometre Array Pathfinder to host galaxies at $z=0.2430$ and $z=0.3688$, respectively. We combine these with 13 other well-localized FRBs in the literature, and analyze the host galaxy properties. We find no significant differences in the host properties of repeating and apparently non-repeating FRBs. FRB hosts are moderately star-forming, with masses slightly offset from the star-forming main-sequence. Star formation and low-ionization nuclear emission-line region (LINER) emission are major sources of ionization in FRB host galaxies, with the former dominant in repeating FRB hosts. FRB hosts do not track stellar mass and star formation as seen in field galaxies (more than 95% confidence). FRBs are rare in massive red galaxies, suggesting that progenitor formation channels are not solely dominated by delayed channels which lag star formation by Gigayears. The global properties of FRB hosts are indistinguishable from core-collapse supernovae (CCSNe) and short gamma-ray bursts (SGRBs) hosts, and the spatial offset (from galaxy centers) of FRBs is mostly inconsistent with that of the Galactic neutron star population (95% confidence). The spatial offsets of FRBs (normalized to the galaxy effective radius) also differ from those of globular clusters (GCs) in late- and early-type galaxies with 95% confidence.

研究动机与目标

• 表征快速射电暴（FRBs）宿主星系群体，理解其与本地及河外宇宙中暂现现象的关联。
• 确定重复与非重复FRBs是否起源于不同的宿主环境或星系类型。
• 探究恒星形成与活动星系核（AGN样）过程在电离FRB宿主星系中的作用。
• 检验FRB宿主星系性质是否与核心塌缩超新星（CCSNe）和短伽马射电暴（SGRB）宿主星系一致。
• 评估FRB相对于星系中心的空间偏移分布，并与脉冲星和球状星团进行比较。

提出的方法

• 利用高空间分辨率射电干涉仪对FRBs进行定位：卡尔·G·扬斯基甚长基基阵列（VLA）和澳大利亚平方公里孔径孔径阵列路径探测器（ASKAP）。
• 开展多波段后续观测（光学、近红外、射电连续谱），以识别宿主星系并测量其物理性质。
• 使用CIGALE进行光谱能量分布（SED）拟合，以推导宿主星系的恒星质量、恒星形成率（SFR）和尘埃含量。
• 应用pPXF从光学光谱中提取恒星动力学与发射线诊断，以分类电离源（如恒星形成与LINER）。
• 通过统计检验比较FRB宿主星系性质（恒星质量、SFR、距星系中心的偏移）与CCSNe和SGRB宿主星系的异同。
• 将FRB偏移量归一化至星系有效半径（Re），并使用95%置信区间与银河系脉冲星及球状星团的分布进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 重复与非重复FRBs是否存在于统计上不同的宿主星系群体中？
• RQ2 FRB宿主星系中的主导电离机制是什么——恒星形成还是低电离核发射线区（LINER）？
• RQ3 FRB宿主星系性质与核心塌缩超新星（CCSNe）和短伽马射电暴（SGRB）宿主星系相比如何？
• RQ4 FRB的空间偏移分布是否与银河系中脉冲星的预期分布一致？
• RQ5 FRB宿主星系偏移量是否显著不同于早型与晚型星系中球状星团的偏移量？

主要发现

• FRB 20180301A 定位至红移 z = 0.3304 的恒星形成星系，FRB 20191228A 位于 z = 0.2430，FRB 20200906A 位于 z = 0.3688。
• 在重复与非重复FRBs的宿主星系性质（如恒星质量、SFR）方面未发现显著差异。
• 恒星形成与LINER发射是FRB宿主星系中主要的电离来源，其中恒星形成在重复FRB宿主中占主导地位。
• FRB宿主星系不遵循恒星形成主序列，其SFR略微偏离场星系的预期关系（p < 0.05）。
• FRBs在大质量红序星系中极为罕见，表明延迟原行星通道（如长时延脉冲星形成）并非主导形成机制。
• FRB偏移分布（归一化至有效半径）与银河系脉冲星分布不一致（95%置信区间），且与早型与晚型星系中球状星团的偏移分布存在显著差异（95%置信区间）。