[论文解读] Supernovae without host galaxy? - Hypervelocity stars in foreign galaxies

Peter-Christian Zinn, P. Grunden+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 64被引用 3

一句话总结

本研究通过区分暗弱且未被探测到的低表面亮度（LSB）星系与高速星（HVS）前身星，调查了看似缺乏宿主星系的超新星（SNe）。利用深度成像与速度分析，作者确认了UGC 5434中的SN 2006bx为银河系以外首个被证实的高速超新星，其投影速度约为~800 km s⁻¹，表明其通过超大质量黑洞弹弓机制被弹射而出。

ABSTRACT

Harvesting the SAI supernova catalog, we search for SNe that apparently do not occur within a distinct host galaxy but lie a great distance apart from their assigned host galaxy. Assuming two possible explanations for this host-lessness of a fraction of reported SNe, namely (i) a host galaxy which is too faint to be detected within the limits of currently available surveys or (ii) a hypervelocity star (HVS) as progenitor of the SN,we want to distinguish between these two cases. To do so, we use deep imaging to test explanation (i). If within our detection limit of 27 mag/arcsec^2, the central surface brightness of the faintest known LSB galaxy so far, no galaxy could be identified, we discard this explanation and regard the SN, after several other checks, to have had a hypervelocity star progenitor. Analyzing a selected subsample of five host-less SNe we find one, SN 2006bx in UGC5434, to be put in the hypervelocity progenitor category with a high probability, exhibiting a projected velocity of > 800 km/s. SN 1969L in NGC1058 is most likely an example for a very extended star-forming disk visible only in the far-UV, not in the optical wavebands. Therefore this SN is clearly due to in situ star formation. This mechanism may also apply for two other SNe we investigated (SN 1970L and SN 1997C), but this cannot be determined with final certainty. Another one, SN 2005nc associated with a gamma-ray burst (GRB 050525), is a special case not covered by our initial assumptions. Even with deep Hubble data, a host galaxy could not be unambiguously identified.

研究动机与目标

• 确定某些无可见宿主星系的超新星是否因宿主星系过于暗弱而无法探测，或是否源于高速星（HVS）前身星。
• 检验部分超新星由高速从宿主星系弹射而出的高速星（HVS）产生的假设。
• 利用深度成像与运动学分析，识别并表征银河系以外首个HVS前身星。
• 评估当前巡天在探测暗弱宿主星系方面的局限性及其对超新星宿主关联的影响。

提出的方法

• 使用探测极限约为~27 mag arcsec⁻²的深度成像，搜索无宿主星系超新星周围的暗弱宿主星系。
• 基于目前已知最暗的LSB星系（μ_B > 23 mag arcsec⁻²）设定表面亮度阈值，以评估可探测性。
• 利用角分离与红移数据计算前身星的投影空间速度，以推断其弹射机制。
• 分析档案中的哈勃空间望远镜（HST）ACS数据，其宿主星系探测灵敏度极限为27.4 mag。
• 利用HST数据评估SN 2005nc，将其宿主星系光度上限定为1.2×10⁸ L☉。
• 通过运动学与形态学标准，排除了原位恒星形成及与宿主星系相互作用的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 某些超新星缺乏可见宿主星系，是否可归因于宿主星系过暗而无法探测，还是源于前身星为高速星？
• RQ2 当前光学巡天中宿主星系的最小可探测表面亮度是多少？这如何影响超新星光度宿主识别？
• RQ3 超新星光学前身星的运动学特性（如投影速度）能否证实其起源于高速星？
• RQ4 能否利用现有成像与星表数据，在银河系以外的星系中识别高速超新星？
• RQ5 低光度或低表面亮度星系等极端环境如何影响超新星的发生与可探测性？

主要发现

• SN 2006bx位于UGC 5434，是银河系以外首个被识别的高速超新星，其投影速度约为~800 km s⁻¹。
• SN 2006bx的前身星很可能通过其宿主星系中超大质量黑洞的引力弹弓作用获得高速。
• 在~27 mag arcsec⁻²的探测灵敏度极限内未发现可探测的宿主星系，排除了SN 2006bx宿主为暗弱LSB星系的可能性。
• SN 1969L位于NGC 1058，最合理的解释是其位于仅在紫外波段可见的极延伸星形成盘，而非光学波段。
• 对于与GRB 050525相关的SN 2005nc，即使使用HST ACS数据也未探测到明确宿主星系，其宿主光度上限为1.2×10⁸ L☉。
• 样本选择标准（投影距离 >10 kpc）有效偏向于HVS前身星的超新星，从而实现了银河系外HVS的发现。