[论文解读] Nearby supernova host galaxies from the CALIFA Survey: I. Sample, data analysis, and correlation to star-forming regions

L. Galbany, V. Stanishev+26 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2014

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 144被引用 53

一句话总结

本研究利用CALIFA巡天的光学积分场光谱数据，分析邻近超新星（SN）宿主星系，发现SNe Ibc/IIb倾向于在靠近星形成区的高恒星形成密度区域爆发，而SNe Ia的空间相关性较弱。研究结果表明，SNe Ia宿主星系质量更大，且含有更老的恒星种群，暗示其至少部分前身体非常古老，尽管SNe Ia宿主与核心坍缩型超新星宿主的恒星形成率相似，但SNe Ia在大质量星系中爆发率更高，这解释了SNe Ia与核心坍缩型超新星宿主星系之间的质量差异。

ABSTRACT

[Abridged] We use optical IFS of nearby SN host galaxies provided by the CALIFA Survey with the goal of finding correlations in the environmental parameters at the location of different SN types. We recover the sequence in association of different SN types to the star-forming regions by using several indicators of the ongoing and recent SF related to both the ionized gas and the stellar populations. While the total ongoing SF is on average the same for the three SN types, SNe Ibc/IIb tend to happen closer to star-forming regions and occur in higher SF density locations compared to SNe II and SNe~Ia, the latter showing the weakest correlation. SNe~Ia host galaxies have on average masses that are $\sim$0.3-0.8~dex higher than CC SNe hosts due to a larger fraction of old stellar populations in the SNe~Ia hosts. Using the recent SN~Ia delay-time distribution and the SFHs of the galaxies, we show that the SN~Ia hosts in our sample should presently produce a factor 2 more SNe~Ia than the CC~SN hosts. Since both types are in hosts with similar SF rate and hence similar CC~SN rate, this can explain the mass difference between the SN~Ia and CC~SN hosts, and reinforce the finding that at least part of SNe~Ia should originate from very old progenitors. Comparing the mean SFH of the eight least massive galaxies to that of the massive SF SN~Ia hosts we find that the low-mass galaxies formed their stars over more extended time than the massive SN~Ia hosts. We estimate that the low-mass galaxies should produce by a factor of 10 less SNe~Ia, and a factor of 3 less CC~SNe than the high-mass group. Therefore the ratio between the number of CC~SNe and SNe~Ia is expected to increase with decreasing the galaxy mass. CC~SNe tend to explode at positions with younger stellar populations than the galaxy average, but the galaxy properties at SNe~Ia locations are one average the same as the global ones.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱数据研究邻近超新星宿主星系的环境特性。
• 确定不同超新星类型与星形成区之间的空间相关性。
• 通过星系形成历史（SFHs）探究SNe Ia与核心坍缩型超新星宿主星系的前身体年龄分布。
• 结合星系形成历史与延迟时间分布（DTD），解释SNe Ia与核心坍缩型超新星宿主星系之间的质量差异。
• 基于宿主星系性质与空间相关性，评估对SNe Ia前身体模型的启示。

提出的方法

• 利用CALIFA巡天的光学积分场光谱（IFS）获取67个邻近超新星宿主星系（0.005 < z < 0.03）的空间分辨数据。
• 通过发射线诊断（如Hα等效宽度）和星族合成建模，推导出恒星形成率（SFR）和星族年龄指标。
• 通过空间相关性分析，比较超新星爆发位置与局部恒星形成密度、星族年龄及电离气体性质的关系。
• 利用STARLIGHT代码重建星系盘面中不同星族成分的星族形成历史（SFHs）。
• 将SNe Ia的延迟时间分布（DTD）与SFHs结合，预测不同宿主星系中的SNe Ia爆发率。
• 采用Kolmogorov-Smirnov（KS）检验对不同超新星类型之间的环境参数进行统计比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同超新星类型在其宿主星系中是否表现出与星形成区不同的空间相关性？
• RQ2 为何SNe Ia宿主星系的质量大于核心坍缩型超新星宿主，尽管其恒星形成率相似？
• RQ3 星族年龄在决定SNe Ia与核心坍缩型超新星发生可能性方面起什么作用？
• RQ4 SNe Ia宿主星系的星族形成历史与核心坍缩型超新星宿主星系相比如何？
• RQ5 SNe Ia宿主星系之间的观测到的爆发率差异是否可由其星族形成历史与DTD解释？

主要发现

• SNe Ibc/IIb爆发于恒星形成面密度更高且更靠近星形成区的区域，而SNe II或SNe Ia则位于较远区域。
• SNe Ia宿主星系的质量平均比核心坍缩型超新星宿主高0.3–0.8 dex，这是由于其含有更高比例的古老星族。
• 尽管总恒星形成率相似，SNe Ia宿主星系预计产生的SNe Ia数量是核心坍缩型超新星宿主的两倍，这归因于其更老的星族和DTD特性。
• 低质量SNe Ia宿主星系（log M < 10.5）的星族形成历史显示，74.89%的恒星形成发生在24亿年前之前，而大质量宿主星系中该比例达97.95%。
• 低质量星系产生的SNe Ia数量仅为大质量宿主的十分之一，核心坍缩型超新星数量为三分之一，表明CC SN与SNe Ia的比例随星系质量减小而增加。
• SNe Ia爆发位置的平均星系整体性质与星系平均值一致，而核心坍缩型超新星则发生在比星系平均更年轻的星族区域。