Characterizing the host galaxies and delay times of Ca-rich gap transients vs 91bg-like SNe and normal Type Ia SNe

Problema e Motivação
As transientes de lacuna ricas em cálcio são uma classe de supernovas fracas, de evolução rápida e pobres em hidrogênio, caracterizadas por forte emissão nebular [Ca II]. Seus sistemas progenitores permanecem incertos, embora sejam frequentemente observadas em galáxias hospedeiras antigas e tranquilas, e frequentemente em grandes deslocamentos em relação aos centros de suas hospedeiras. Embora vários modelos de progenitores existam (por exemplo, detonação de hélio em anãs brancas, duplas detonações ou fusões), nenhum foi totalmente validado.

Há semelhanças notadas entre as transientes de lacuna ricas em cálcio e as SNe tipo 91bg (uma subclasse sublumínica e de declínio rápido de supernovas do Tipo Ia). Ambas as classes preferem populações estelares antigas/tranquilas, exibem deslocamentos maiores em relação aos centros das hospedeiras em comparação com as supernovas Tipo Ia normais e compartilham características espectroscópicas. No entanto, uma comparação sistemática de seus ambientes hospedeiros e distribuições de tempo de atraso (DTAs) tem sido inexistente. Como as DTAs (a taxa de transientes em função do tempo após um surto de formação estelar) podem restringir cenários de progenitores, caracterizar as DTAs das transientes de lacuna ricas em cálcio em relação às supernovas Tipo Ia normais, tipo 91bg e Tipo II é essencial para entender suas origens.

Metodologia
Os autores utilizam dados do experimento Censo do Universo Local (CLU) do Zwicky Transient Facility (ZTF) para construir quatro amostras distintas de transientes:

1. Transientes de lacuna ricas em cálcio: Uma "Amostra de Ouro" de 8 objetos identificada no experimento ZTF-CLU (2018–2019) e uma "Amostra de Prata" de 19 objetos de Dong et al. (2022), com filtragem cuidadosa para excluir eventos ricos em hidrogênio.
2. SNe tipo 91bg: 30 objetos.
3. Supernovas Tipo Ia normais: ~290 objetos.
4. Supernovas Tipo II: ~270 objetos.

As propriedades das galáxias hospedeiras (massa estelar $M_*$, taxa de formação estelar SFR e taxa específica de formação estelar sSFR) foram determinadas usando dois métodos complementares:

• Catálogo CLU: Recuperação direta de valores pré-calculados, onde o SFR é derivado do fluxo FUV (GALEX) e corrigido por poeira usando o fluxo W4 (WISE).
• Modelagem PROSPECTOR: Para as amostras de transientes de lacuna ricas em cálcio e tipo 91bg, os autores realizaram ajuste de distribuição de energia espectral (SED) usando o código PROSPECTOR com um CONTINUITY_SFH_MODEL. Esta abordagem não paramétrica utiliza fotometria multibanda (SDSS, WISE, 2MASS, GALEX) para inferir propriedades da população estelar, incluindo metalicidade, extinção por poeira e história de formação estelar.

Os autores definem galáxias tranquilas como aquelas com sSFR $< 10^{-11}$ yr$^{-1}$. Para construir as Distribuições de Tempo de Atraso (DTAs), eles empregaram o PYROMETER, que modela adiante as taxas de transientes esperadas ao convolver DTAs candidatas (assumidas como leis de potência) com as histórias de formação estelar (SFHs) derivadas do modelo empírico UNIVERSEMACHINE. Esta abordagem permite a estimativa de DTAs com base na massa da galáxia hospedeira e no estado de formação estelar em todo o volume da pesquisa.

Principais Resultados

• Semelhança do Ambiente Hospedeiro: As hospedeiras das transientes de lacuna ricas em cálcio e das SNe tipo 91bg ocupam um espaço de parâmetros similar em termos de massa estelar e sSFR. Ambas as classes ocorrem preferencialmente em galáxias massivas e tranquilas. Em contraste, as hospedeiras das supernovas Tipo Ia normais e Tipo II abrangem uma faixa mais ampla de massas, incluindo galáxias de menor massa, e são predominantemente formadoras de estrelas.
• Discrepâncias Metodológicas: Os autores encontraram discrepâncias significativas entre as estimativas de massa estelar e SFR derivadas do catálogo CLU versus a modelagem PROSPECTOR. O PROSPECTOR geralmente produziu massas estelares mais altas e SFRs mais baixos (e, portanto, sSFRs mais baixos) para hospedeiras tranquilas em comparação com os valores do catálogo. Isso é atribuído à dependência da razão massa-luz em relação à atividade de formação estelar; o catálogo pode subestimar as massas para sistemas tranquilos.
• Distribuições de Tempo de Atraso (DTAs): As DTAs construídas revelam tempos de atraso de pico distintos para as diferentes classes:
  • Transientes de lacuna ricas em cálcio e SNe tipo 91bg: Ambas exibem os tempos de atraso de pico mais longos, aproximadamente $10^4$ Myr (10 Gyr).
  • Supernovas Tipo Ia normais: O tempo de atraso de pico é de aproximadamente $10^3$ Myr (1 Gyr).
  • Supernovas Tipo II: O tempo de atraso de pico é de aproximadamente 10 Myr.
• Análise de Subclasses: Dentro da pequena Amostra de Ouro de transientes de lacuna ricas em cálcio, os autores notaram que o único objeto "Ca-Ia" (com características semelhantes a SNe Ia) apresentou o sSFR mais alto entre a amostra, embora ainda seja tranquilo. A literatura sugere que objetos Ca-Ia podem estar associados a hospedeiras mais formadoras de estrelas em comparação com as subclasses "Ca-Ib/c", mas o tamanho da amostra é muito pequeno para conclusões definitivas.

Significância e Afirmações
O artigo afirma ser o primeiro a calcular DTAs especificamente para transientes de lacuna ricas em cálcio. A principal significância do trabalho reside na similaridade demonstrada entre as transientes de lacuna ricas em cálcio e as SNe tipo 91bg em relação aos seus ambientes hospedeiros (massivos, tranquilos) e seus tempos de atraso (atingindo o pico em $\sim 10^4$ Myr).

Os autores afirmam que essa similaridade é um "ingrediente necessário" para motivar uma análise mais aprofundada da relação entre essas duas classes de transientes. Embora não seja uma prova conclusiva de um progenitor compartilhado, os resultados apoiam a hipótese de que as transientes de lacuna ricas em cálcio, assim como as SNe tipo 91bg, podem envolver anãs brancas em sistemas binários (potencialmente fusões de anãs brancas de CO e He). Os autores alertam que os grandes deslocamentos dessas transientes em relação às suas hospedeiras sugerem que propriedades do ambiente local também podem desempenhar um papel, e que amostras maiores e acompanhamento espectroscópico são necessários para validar canais de progenitores específicos.