[論文レビュー] SKA as a powerful hunter of jetted Tidal Disruption Events

I. Donnarumma, Elena M. Rossi+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、高感度と広視野を活かして、赤方偏移 z ∼2 まで数百ものジェットを伴う潮汐破壊現象（TDE）を年間で検出可能であると提唱している。SKAは、電波で明るいTDE候補を特定し、多波長追従観測を引き起こすことで、静止銀河におけるジェット形成、ブラックホール質量関数、ジェット生成効率の統計的分析を可能にする。

ABSTRACT

Observational consequences of the tidal disruption of stars by supermassive black holes (SMBHs) can enable us to discover quiescent SMBHs and constrain their mass function. Moreover, observing jetted TDEs (from previously non-active galaxies) provides us with a new means of studying the early phases of jet formation and evolution in an otherwise "pristine" environment. Although several (tens) TDEs have been discovered since 1999, only two jetted TDEs have been recently discovered in hard X-rays, and only one, Swift J1644+57, has a precise localization which further supports the TDE interpretation. These events alone are not sufficient to address those science issues, which require a substantial increase of the current sample. Despite the way they were discovered, the highest discovery potential for {\em jetted} TDEs is not held by current and up-coming X-ray instruments, which will yield only a few to a few tens events per year. In fact, the best strategy is to use the Square Kilometer Array to detect TDEs and trigger multi-wavelength follow-ups, yielding hundreds candidates per year, up to $z \sim 2$. Radio and X-ray synergy, however, can in principle constrain important quantities such as the absolute rate of jetted TDEs, their jet power, bulk Lorentz factor, the black hole mass function, and perhaps discover massive black holes (MBH) with $<10^{5} M_{\odot}$. Finally, when comparing SKA results with information from optical surveys like LSST, one can more directly constrain the efficiency of jet production.

研究の動機と目的

• 現在の数個にとどまるジェットを伴うTDEのサンプルを拡大し、統計的分析を可能にする。
• 遠方銀河における静止状態の超大質量ブラックホール（SMBH）の発見を可能にする。
• 事前の活動的AGNのない純粋な環境で相対論的ジェット形成の初期段階を研究する。
• X線および可視光調査と連携することで、TDEにおけるジェット生成効率と出力の制約を図る。
• 高分解能電波画像と宿主銀河データとの相関を活用し、TDE候補の局在化と同定を向上させる。

提案手法

• SKAの高感度と広視野を活かし、一時的電波源を深くかつ迅速に調査する大規模なサーベイを実施する。
• SKA1-SUR（サーベイモード）でジェットを伴うTDEの電波フレアを検出し、SKA1-MID（高分解能モード）でサブアーキセコンドの精度で局在化する。
• 電波一時的源の位置を、深紫外・赤外AGNおよび宿主銀河カタログと照合し、活動的銀河核からの汚染を除外する。
• 検出後1週間以内にX線および可視光の迅速な多波長追従観測を実施し、初期ジェット進化を捉える。
• TDE発生前後における電波観測を活用し、宿主銀河を同定し、銀河中心との空間的一致により核起源を確認する。
• LSSTおよびGaiaと連携して可視光での宿主銀河同定を実施し、X線機器と連携してX線光度曲線の減衰が ∝t−5/3 に一致することによりTDEの性質を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SKAはジェットを伴うTDEを、ジェット形成と進化の統計的分析に十分な速度で検出可能か？
• RQ2 SKAによるジェットを伴うTDEの検出率は、宇宙時間にわたって（z ∼2まで）どの程度となるか？
• RQ3 SKAの電波検出と高分解能局在化は、GRBや超新星などの他の一時的天体と比較して、TDEの同定をどのように向上させるか？
• RQ4 SKAは、静止状態のSMBHにおけるジェット生成効率をどのように制約する役割を果たすか？
• RQ5 電波・X線・可視光の多波長連携は、TDEの確認と特徴抽出をどのように向上させるか？

主な発見

• SKAは年間で数百ものジェットを伴うTDEを検出すると予測されており、現在の2件の確認事例に比べて大幅にサンプルが拡大される。
• SKA1-SURでは最大年間約100件の検出が予想され、サブアーキセコンドの局在化精度により、明確な宿主銀河との関連づけが可能となる。
• ジェットを伴うTDEの電波光度曲線（例：Swift J1644+57）は、独自では特徴的な痕跡を示さないため、確認には多波長追従観測が不可欠である。
• 高分解能のSKA1-MID画像（0.6アーキセコンドまたはそれ以下）により、約100ミリアーキセコンド以内の局在化が可能となり、核発生の一時的天体の明確な同定が可能となる。
• 深紫外・赤外AGNおよび宿主銀河カタログとの相関照合により、TDEでない電波源からの汚染が低減される。
• 検出後1週間以内の迅速な追従観測は、初期ジェット進化を捉え、X線光度曲線の減衰が ∝t−5/3 に一致することによりTDEの性質を確認する上で極めて重要である。