[论文解读] The host of the Type I SLSN 2017egm: A young, sub-solar metallicity environment in a massive spiral galaxy

L. Izzo, C. C. Thöne+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2017

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 76被引用 3

一句话总结

本研究利用积分场光谱学对 I 型 SLSN 2017egm 的宿主星系 NGC 3191 进行了研究，以解析其中恒星与气体的性质。尽管宿主星系整体金属丰度较高，但 SLSN 位置处仍存在一个年轻、低金属丰度的恒星种群（2–10 Myr，Z < 0.6 Z⊙），表明 I 型 SLSN 可在大质量、晚型星系中形成，且其形成环境具有局部低金属丰度特征，可能由近期与伴星系 MCG+08-19-017 的相互作用触发。

ABSTRACT

Here we present an integral-field study of the massive, high-metallicity spiral NGC 3191, the host of SN 2017egm, the closest SLSN Type I to date. We use data from PMAS/CAHA and the public MaNGA survey to shed light on the properties of the SLSN site and the origin of star-formation in this non-starburst spiral galaxy. We map the physical properties different \ion{H}{II} regions throughout the galaxy and characterize their stellar populations using the STARLIGHT fitting code. Kinematical information allows to study a possible interaction with its neighbouring galaxy as the origin of recent star formation activity which could have caused the SLSN. NGC 3191 shows intense star-formation in the western part with three large SF regions of low metallicity. The central regions of the host have a higher metallicity, lower specific star-formation rate and lower ionization. Modeling the stellar populations gives a different picture: The SLSN region has two dominant stellar populations with different ages, the youngest one with an age of 2-10 Myr and lower metallicity, likely the population from which the SN progenitor originated. Emission line kinematics of NGC 3191 show indications of interaction with its neighbour MCG+08-19-017 at $\sim$45 kpc, which might be responsible for the recent starburst. In fact, this galaxy pair has in total hosted 4 SNe, 1988B (Type Ia), SN 2003ds (Type Ic in MCG+08-19-017), PTF10bgl (SLSN-Type II) and 2017egm, underlying the enhanced SF in both galaxies due to interaction. Our study shows that one has to be careful interpreting global host and even gas properties without looking at the stellar population history of the region. SLSNe seem to still be consistent with massive stars ($&gt;$ 20 M$_\odot$) requiring low ($&lt; 0.6Z_{\odot}$) metallicity and those environments can also occur in massive, late-type galaxies but not necessarily starbursts.

研究动机与目标

• 研究 I 型 SLSN 2017egm 的宿主星系 NGC 3191 的恒星与气体性质，以解决其高全局金属丰度与 SLSN-I 所需低金属丰度环境之间的表观矛盾。
• 评估邻近星系 MCG+08-19-017 的引力相互作用是否触发了导致 SLSN 爆发的近期恒星形成活动。
• 通过解析的光谱能量分布建模，确定 SLSN 位置处恒星种群的年龄与金属丰度，以推断前身星的约束条件。
• 评估仅使用全局或气体相金属丰度来推断前身星条件的可靠性，强调空间分辨的恒星种群分析的必要性。

提出的方法

• 利用 PMAS/CAHA 和 MaNGA 的积分场单元（IFU）光谱仪，对 NGC 3191 的空间分布物理条件进行测绘。
• 应用 STARLIGHT 拟合代码对电离氢区（H II 区）的恒星种群合成进行建模，从总光中推导出年龄与金属丰度分布。
• 分析发射线比值（如 [O III]/Hβ、[N II]/Hα）与动力学特性，以确定星系内气体相金属丰度与电离状态。
• 绘制金属丰度梯度并识别动力学畸变（如速度场扭转），以探测与 MCG+08-19-017 的过往相互作用。
• 使用基于 R23 的金属丰度指标，并与直接法进行比较，以评估气体相金属丰度测量中可能存在的高估问题。
• 将 SLSN 位置的性质与周围 H II 区进行关联，以评估环境一致性与恒星形成历史。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管普遍认为 I 型 SLSN 需要低金属丰度的矮星系宿主，但它们是否仍可在全局金属丰度接近太阳值的大质量、高金属丰度螺旋星系中形成？
• RQ2 SLSN 2017egm 位置处的恒星种群年龄与金属丰度是多少？其是否符合大质量、低金属丰度恒星的前身星要求？
• RQ3 NGC 3191 中西部 H II 区的近期恒星形成活动是否由与伴星系 MCG+08-19-017 的引力相互作用所触发？
• RQ4 SLSN 宿主中电离气体的物理性质与基底恒星种群相比如何？这对前身星推断有何启示？
• RQ5 当未解析恒星种群历史时，全局或气体相金属丰度测量在多大程度上可能误导对前身星性质的估计？

主要发现

• SLSN 2017egm 位置处存在一个年龄为 2–10 Myr、金属丰度低于 0.6 Z⊙ 的年轻恒星种群，与大质量恒星前身星的特征一致。
• 尽管宿主星系的全局金属丰度接近太阳值，但 SLSN 位置处由于近期在低气体相金属丰度区域发生恒星爆发，形成了局部低金属丰度环境。
• NGC 3191 的西部 H II 区显示出负金属丰度梯度，表明金属贫乏气体更集中，可能源于与 MCG+08-19-017 相互作用引发的气体流入或重排。
• 动力学分析显示 NGC 3191 外部区域存在速度场扭转，与最近数千万年内发生的与 MCG+08-19-017 的引力相互作用一致。
• 星系对 NGC 3191 与 MCG+08-19-017 共记录了四次超新星爆发——1988B（Ia 型）、2003ds（Ic 型）、PTF10bgl（SLSN-II）与 2017egm（SLSN-I），表明相互作用导致了恒星形成增强。
• 恒星种群建模显示，SLSN 区域中 35% 的恒星年龄小于 30 Myr，其中 3% 的恒星年龄小于 10 Myr，支持存在近期剧烈恒星爆发的结论。