[论文解读] Deep Synoptic Array Science: First FRB and Host Galaxy Catalog

Casey Law, K. K. Sharma+20 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用 7

一句话总结

本文首次公布了由深空综合孔径望远镜（DSA-110）发现的11个局部化快速射电暴（FRB）及其宿主星系的星表，利用Pan-STARRS1的光学成像识别宿主星系。该样本揭示了FRB前身体存在从1亿年到超过20亿年的广泛延迟时间分布，暗示存在多种形成机制，包括涉及老年恒星种群（如双致密天体演化）的机制。

ABSTRACT

Fast Radio Bursts (FRBs) are a powerful and mysterious new class of transient that are luminous enough to be detected at cosmological distances. By associating FRBs to host galaxies, we can measure intrinsic and environmental properties that test FRB origin models, in addition to using them as precise probes of distant cosmic gas. The Deep Synoptic Array (DSA-110) is a radio interferometer built to maximize the rate at which it can simultaneously detect and localize FRBs. Here, we present the first sample of FRBs and host galaxies discovered by the DSA-110. This sample of 11 FRBs is the largest, most uniform sample of localized FRBs to date, as it is selected based on association to host galaxies identified in optical imaging by Pan-STARRS1. These FRBs have not been observed to repeat and their radio properties (dispersion, temporal scattering, energy) are similar to that of the known non-repeating FRB population. Most host galaxies have ongoing star formation, as has been identified before for FRB hosts. Two hosts of the new sample are massive, quiescent galaxies. The distribution of star-formation history across this host-galaxy sample shows that the delay-time distribution is wide, with a powerlaw model that spans from $\sim100$\,Myr to $\gtrsim2$\,Gyr. This requires the existence of one or more progenitor formation channels associated with old stellar populations, such as the binary evolution of compact objects.

研究动机与目标

• 利用深空综合孔径望远镜（DSA-110）干涉仪以亚角秒级精度高精度识别并定位快速射电暴（FRB）。
• 利用Pan-STARRS1的光学成像将FRB与宿主星系关联，以实现对宿主星系的详细表征。
• 确定FRB的恒星形成历史及其前身体形成 timescales，以约束其起源机制。
• 检验FRB宿主是否主要与恒星形成环境相关，或是否包含静止的、大质量星系。

提出的方法

• 利用DSA-110射电干涉仪实时检测并以角秒级精度定位FRB。
• 将FRB位置与Pan-STARRS1星表中的光学源交叉匹配，以将每个FRB与宿主星系关联。
• 利用凯克望远镜、海尔望远镜及其他望远镜进行测光与光谱后续观测，以测量宿主星系属性。
• 应用Prospector贝叶斯SED建模方法，从多波段测光和发射线流量推断恒星形成历史。
• 利用BPT图和发射线流量（Hα、Hβ、[OIII]、[NII]）对宿主星系电离状态和恒星形成活动进行分类。
• 基于恒星形成历史数据，对FRB前身体的延迟时间分布（DTD）进行建模，采用1亿年到>20亿年的幂律模型拟合。

实验结果

研究问题

• RQ1 FRB宿主星系的恒星形成历史分布如何？其对FRB前身体形成 timescales 有何启示？
• RQ2 FRB宿主是否主要为恒星形成星系，还是如先前探测结果所示，也包括大质量、静止星系？
• RQ3 观测到的FRB特性（色散、散射、能量）是否与已知的非重复FRB群体一致？
• RQ4 有多少比例的FRB与持续射电源相关？这些限制如何影响前身体模型？
• RQ5 FRB的延迟时间分布能否由单一前身体通道解释，还是需要多通道模型？

主要发现

• DSA-110检测并定位了11个FRB，构成迄今最大且最均匀的局部化FRB样本，样本通过与Pan-STARRS1的宿主星系关联筛选得出。
• 大多数宿主星系显示持续的恒星形成，与以往FRB宿主研究一致，但有两个宿主为大质量、静止星系。
• 宿主样本的恒星形成历史表明，其延迟时间分布从~1亿年到>20亿年不等，最佳拟合为幂律模型。
• 延长的延迟时间分布暗示存在一个或多个与老年恒星种群相关的前身体通道，如双致密天体演化。
• 样本中未检测到重复FRB，其射电特性（色散、散射、能量）与更广泛的非重复FRB群体一致。
• 光谱分析证实大多数宿主存在活跃的恒星形成，11个FRB宿主中有9个检测到发射线，而两个仅显示吸收线红移。