[論文レビュー] Prompt Accretion Disk Formation in an X-Ray Faint Tidal Disruption Event

T. Hung, R. J. Foley+14 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2020

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、潮汐破壊現象（TDE）AT~2018hyzにおいて、最初に明確に解像された二重ピークを持つバルマー発光が検出された。これは、近点通過後数十日以内に即座に降着円盤が形成されたことを示している。円盤は低離心率（e ≈ 0.1）で、約100 Rpまで広がっており、X線が弱く光度が明るいTDEでは効率的に円形化が進行していると考えられ、発光ラインの形状は円盤の傾きと円盤成分と非円盤成分の強度比に依存する。

ABSTRACT

We present the multi-wavelength analysis of the tidal disruption event (TDE) AT~2018hyz (ASASSN-18zj). From follow-up optical spectroscopy, we detect the first unambiguous case of resolved double-peaked Balmer emission in a TDE. The distinct line profile can be well-modelled by a low eccentricity ($e\approx0.1$) accretion disk extending out to $\sim$100 $R_{p}$ and a Gaussian component originating from non-disk clouds, though a bipolar outflow origin cannot be completely ruled out. Our analysis indicates that in AT~2018hyz, disk formation took place promptly after the most-bound debris returned to pericenter, which we estimate to be roughly tens of days before the first detection. Redistribution of angular momentum and mass transport, possibly through shocks, must occur on the observed timescale of about a month to create the large \Ha-emitting disk that comprises $\lesssim$5\% of the initial stellar mass. With these new insights from AT~2018hyz, we infer that circularization is efficient in at least some, if not all optically-bright, X-ray faint TDEs. In these efficiently circularized TDEs, the detection of double-peaked emission depends on the disk inclination angle and the relative strength of the disk contribution to the non-disk component, possibly explaining the diversity seen in the current sample.

研究の動機と目的

• 弱いX線放射を示すTDEにおける降着円盤の形成時スケールと構造を調査すること。
• X線が弱く光度が明るいTDEにおいて、星の破片の角運動量がどの程度効率的に再分配され、安定した低離心率の円盤が形成されるかを特定すること。
• TDEで観測される発光ラインプロファイルの多様性を、円盤の傾きと円盤成分と非円盤成分の相対的寄与によって説明すること。
• 約1か月の時スケールで、角運動量の再分配と質量輸送がどのように迅速に進行するかの物理的メカニズムを特定すること。

提案手法

• AT~2018hyzの発光ラインプロファイルを解析するために、光学スペクトロスコピーを含む多波長追跡観測が用いられた。
• 二重ピークHαプロファイルは、離心率が低い降着円盤（e ≈ 0.1）と非円盤雲からのガウス成分を用いてモデル化された。
• 破片が再び近点に戻るまでの逆算的追跡により、円盤形成時スケールが推定され、初回検出後約30〜50日以内に形成されたとされた。
• 観測された円盤サイズと形成時スケールから、角運動量の再分配と質量輸送のメカニズムが推定され、衝撃波が関与している可能性がある。
• 円盤成分と非円盤成分の合計放射に対する相対的寄与が定量化され、傾きと幾何的配置の影響が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X線が弱いTDEにおいて、星の破壊後に降着円盤が形成されるまでの時スケールは何か？
• RQ2 破片の流れにおいて、角運動量がどの程度効率的に再分配され、安定で低離心率の円盤が形成されるか？
• RQ3 AT~2018hyzでは、なぜ約1か月の時スケールで円盤が形成されるのか、その物理的メカニズムは何か？
• RQ4 同じ光度を持つにもかかわらず、一部のTDEでは二重ピーク発光が観測されるが、他のTDEでは観測されないのはなぜか？
• RQ5 円盤の傾きと円盤成分と非円盤成分の相対的強度が、観測されるラインプロファイルにどのように影響を与えるか？

主な発見

• AT~2018hyzにおいて、TDEで最初に明確に解像された二重ピークバルマー発光が検出され、大規模で構造的な降着円盤の存在が確認された。
• 円盤形成は近点通過後約30〜50日以内に発生しており、破片の迅速な円形化が示唆された。
• 降着円盤は低離心率（e ≈ 0.1）で、約100 Rpまで広がっており、初期星質量のおよそ5％の質量を持つ。
• 二重ピークプロファイルは、円盤成分と非円盤雲からのガウス成分の組み合わせによって最もよく説明されるが、双極的噴流由来の可能性も残っている。
• 少なくとも一部のX線が弱く光度が明るいTDEでは、効率的な円形化が行われていると推定され、このメカニズムがこのような系において一般的である可能性がある。