[論文レビュー] First tidal disruption events discovered by SRG/eROSITA: X-ray/optical properties and X-ray luminosity function at z<0.6

S. Sazonov, M. Gilfanov+23 more|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2021

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、SRG/eROSITA全天調査によって発見された最初の13個の潮汐破壊現象（TDE）を、X線および光学的性質について分析した。X線発光関数の指数は−0.6±0.2であり、全TDE発生率は（1.1 ± 0.5）× 10⁻⁵ TDE/銀河/年と推定されたが、これは光学調査と比べて顕著に低い値であり、X線で明るいTDEは少数派であることを示唆しており、おそらく降着円盤の軸に沿って観測されていると考えられる。

ABSTRACT

We present the first sample of tidal disruption events (TDEs) discovered during the SRG all-sky survey. These 13 events were selected among X-ray transients detected in the 0<l<180 deg hemisphere by eROSITA during its second sky survey (10 June - 14 December 2020) and confirmed by optical follow-up observations. The most distant event occurred at z=0.581. One TDE continued to brighten at least 6 months. The X-ray spectra are consistent with nearly critical accretion onto black holes of a few 10^3 to 10^8 M_Sun, although supercritical accretion is possibly taking place. In two TDEs, a spectral hardening is observed 6 months after the discovery. Four TDEs showed an optical brightening apart from the X-ray outburst. The other 9 TDEs demonstrate no optical activity. All 13 TDEs are optically faint, with Lopt/Lx<0.3 (Lopt and Lx being the g-band and 0.2-6 keV luminosity, respectively). We have constructed a TDE X-ray luminosity function, which can be fit by a power law with a slope of -0.6+/-0.2, similar to the trend observed for optically selected TDEs. The total rate is estimated at (1.1+/-0.5)10^-5 TDEs per galaxy per year, an order of magnitude lower than inferred from optical studies. This suggests that X-ray bright events constitute a minority of TDEs, consistent with models predicting that X-rays can only be observed from directions close to the axis of a thick accretion disk formed from the stellar debris. Our TDE detection threshold can be lowered by a factor of ~2, which should allow a detection of ~700 TDEs by the end of the SRG survey.

研究の動機と目的

• SRG/eROSITA全天調査によって発見された最初の潮汐破壊現象（TDE）を特定・特徴づけること。
• これらのTDEのX線および光学的性質を調査し、発光関数およびスペクトル的進化を含むこと。
• X線調査と光学調査の両方で観測されたTDE発生率を比較し、選択バイアスを理解すること。
• とくに厚い降着円盤による方位依存的遮蔽を含むTDE放射のモデルを検証すること。
• eROSITAのTDE検出感度限界を評価し、調査終了時における予想されるTDE総数を予測すること。

提案手法

• eROSITAの2回目の全天調査（2020年6月〜12月）中に、0 < l < 180°の天の川領域でX線変光星を特定した。
• 地上望遠鏡（BTA、AZT-33IK、RTT150、CMOなど）を用いた多波長光学追従観測により、TDE候補を確認した。
• 0.3–6 keVバンドでのX線光度曲線およびスペクトルを分析し、発光度、スペクトル形状、進化を特定した。
• gバンドおよび他の光学フィルターを用いた分光および光度測定により、光学的活動性および宿主銀河の性質を評価した。
• FSPSおよびProspectorパッケージを用いて宿主銀河のスペクトルエネルギー分布（SED）にフィットさせ、星族パラメータおよび宿主発光度を推定した。
• 観測サンプルを用いてTDE X線発光関数を構築し、銀河あたりの全TDE発生率（年間）を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 eROSITAがSRG全天調査中に発見した最初のTDEのX線および光学的性質は何か？
• RQ2 本研究のX線選択サンプルから導かれたTDE X線発光関数は、光学調査の結果とどのように異なるか？
• RQ3 X線調査での観測TDE発生率が光学調査と顕著に低いのはなぜか？これによりTDE選択バイアスにどのような示唆があるか？
• RQ4 X線選択TDEではスペクトルの硬さ増加や光学的明るみの増加が観測されるか？それらは降着物理学に何を示唆するか？
• RQ5 eROSITAが全調査期間中に予想されるTDE検出数はどの程度か？現在の検出感度限界は理論的限界と比べてどの程度か？

主な発見

• eROSITAの2回目の全天調査中に13個のTDEが発見され、赤方偏移はz = 0.581まで達した。1件の現象では、少なくとも6か月間X線で明るさが増加した。
• X線スペクトルは、数×10³から10⁸ M⊙の質量を有するブラックホールへのほぼ臨界降着を示しており、一部の例では超臨界降着の可能性も示唆された。
• 2件のTDEで、発見から約6か月後にスペクトルの硬さ増加が観測され、降着条件の変化を示した。
• 4件のTDEではX線噴出と同時に光学的明るみが増加したが、残りの9件は光学的に明るくなく、Lg/LX < 0.3であった。
• TDE X線発光関数は、指数−0.6 ± 0.2のべき乗則にうまくフィットした。これは光学サンプルと同様の傾きであったが、全発生率は（1.1 ± 0.5）× 10⁻⁵ TDE/銀河/年であり、光学推定値のおよそ10分の1に過ぎない。
• X線発生率が低いことから、X線で明るいTDEは少数派であるとされ、おそらく降着円盤の軸に沿って観測されていると考えられ、方位依存的遮蔽モデルと整合的である。検出感度限界は約2倍改善可能であり、これにより調査終了時には約700件のTDEが検出可能になると予想される。