[論文レビュー] A Mildly Relativistic Outflow Launched Two Years after Disruption in the Tidal Disruption Event AT2018hyz

Y. Cendes, E. Berger+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2022

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 55被引用数 70

ひとこと要約

本研究では、光学的発見から約750日後に発射された遅延的でやや相対論的であるとされる流れの、最初の明確な検出を報告する。電波、ミリ波、光学/紫外線、X線の多周波数観測により、Fν ∝ t⁵ より急激に上昇する電波光曲線が得られ、これはβ ≈ 0.25–0.6、運動エネルギーEK ≈ 5.8–6.3 × 10⁴⁹ erg の遅延的流れを示しており、即時のジェットまたは周囲密度の増加モデルを排除する。

ABSTRACT

We present late-time radio/millimeter (as well as optical/UV and X-ray) detections of the tidal disruption event (TDE) AT2018hyz, spanning $970 - 1300$ d after optical discovery. In conjunction with earlier deeper limits, including at $\approx 700$ d, our observations reveal rapidly rising emission at $0.8-240$ GHz, steeper than $F_ u\propto t^5$ relative to the time of optical discovery. Such a steep rise cannot be explained in any reasonable scenario of an outflow launched at the time of disruption (e.g., off-axis jet, sudden increase in the ambient density), and instead points to a delayed launch. Our multi-frequency data allow us to directly determine the radius and energy of the radio-emitting outflow, showing that it was launched $\approx 750$ d after optical discovery. The outflow velocity is mildly relativistic, with $\beta\approx 0.25$ and $\approx 0.6$ for a spherical and a $10^\circ$ jet geometry, respectively, and the minimum kinetic energy is $E_K\approx 5.8 imes 10^{49}$ and $\approx 6.3 imes 10^{49}$ erg, respectively. This is the first definitive evidence for the production of a delayed mildly-relativistic outflow in a TDE; a comparison to the recently-published radio light curve of ASASSN-15oi suggests that the final re-brightening observed in that event (at a single frequency and time) may be due to a similar outflow with a comparable velocity and energy. Finally, we note that the energy and velocity of the delayed outflow in AT2018hyz are intermediate between those of past non-relativistic TDEs (e.g., ASASSN-14li, AT2019dsg) and the relativistic TDE Sw\,J1644+57. We suggest that such delayed outflows may be common in TDEs.

研究の動機と目的

• TDE AT2018hyzにおける、光学的発見後970–1300日後に観測された、遅延的で急激に上昇する電波放射の起源を調査すること。
• 即時のジェット、周囲密度の増加、遅延的流れ発射といった、相互に競合する電波放射のメカニズムを区別すること。
• 多周波数電波およびSEDデータを用いて、電波放射を発生させる流れの物理的性質（半径、速度、エネルギー、幾何構造）を特定すること。

提案手法

• VLA、ALMA、AMI-LA、ASKAPを用いた多周波数電波およびミリ波観測を実施し、0.8–240 GHzの周波数範囲をカバー。約700日における深い上限値も得られた。
• 等分配仮定を用いたシンクロトロン自己吸収モデルを用いてスペクトルエネルギー分布（SED）モデリングを行い、流れの半径、ローレンツ因子、運動エネルギーといったパラメータを導出。
• 異常なスペクトル的進化を説明するため、2つの流れモデルを検証。1つの成分は約1.5 GHzでピークを迎え、もう1つは約3 GHzでピークを迎える。時間的進化と支配的放射のメカニズムを評価。
• ピーク周波数と放射度の時間的進化に物理的整合性を保つための事前分布を用いたMCMCサンプリングを用いてデータ解析。
• 球対称および10°のジェット幾何構造の両方を想定して流れの幾何構造をモデリングし、速度およびエネルギー推定値への影響を評価。
• X線および光学/紫外線データを用いて、流れのタイミングとエネルギーが降着および降着物質の再降着プロセスと一致するかを検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AT2018hyzで観測された、光学的発見後970–1300日における電波輝度の急激な上昇を説明するメカニズムは何か？
• RQ2 観測された電波光曲線は、即時の相対論的ジェット、周囲媒質との相互作用、または遅延的流れ発射によって説明可能か？
• RQ3 電波放射を発生させる流れの物理的パラメータ（速度、エネルギー、半径）は何か？ そしてそれらは流れの幾何構造にどのように依存するか？
• RQ4 AT2018hyzの周囲核環境は通常よりも密度が高く、それゆえに遅延の原因となっているのか、それとも内部降着円盤のプロセスによるものか？
• RQ5 エネルギーと速度の観点から、AT2018hyzの遅延的流れは、ASASSN-15oi や Sw J1644+57 といった他のTDEと比較してどう異なるか？

主な発見

• AT2018hyzにおける電波放射は、Fν ∝ t⁵ より急激に上昇しており、これは即時の流れモデル（非軸対称ジェットや周囲密度の急増）とは整合しない。
• 流れは光学的発見から約750日後に発射された。球対称流れではβ ≈ 0.25、10°ジェット幾何構造ではβ ≈ 0.6 のやや相対論的であると推定される。
• 流れの最小運動エネルギーは、球対称モデルで EK ≈ 5.8 × 10⁴⁹ erg、ジェットモデルで ≈6.3 × 10⁴⁹ erg であり、非相対論的TDEと相対論的TDEであるSw J1644+57の間のエネルギー領域に位置する。
• 周囲核環境の密度はTDEにおいて一般的な値であり、密度の高い媒質との相互作用は遅延の原因ではない。
• 2つの流れモデルを検証したが、急激な進化を説明できず、両成分とも遅延的でやや相対論的である起源を必要としている。
• これはTDEにおいて遅延的でやや相対論的流れが存在することを示す、最初の明確な証拠であり、このような流れがTDE集団において一般的である可能性を示唆している。