[論文レビュー] The UV/optical peak and X-ray brightening in TDE candidate AT2019azh: A case of stream-stream collision and delayed accretion

Xiaolong Liu, Liming Dou+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、AT2019azhを、ディスクの円形化過程におけるストリーム同士の衝突から生じるUV/光学ピークと、約200日後に遅れて現れるX線の明るみが、新たに形成された質量の大きなディスクにおける強化された降着によって引き起こされる、極めてまれな潮汐破壊現象（TDE）として提示する。明確に分離された光曲線と変化するX線の硬さは、UV/光学とX線発光の物理的に別個の起源を持つ二成分発光モデルを強く支持する。

ABSTRACT

We present and analyze the optical/UV and X-ray observations of a nearby tidal disruption event (TDE) candidate AT2019azh, spanning from $\sim$ 30 d before to $\sim$ 400 d after its early optical peak. The X-rays show a late brightening by a factor of $\sim$ 30-100 around 200 days after discovery, while the UV/opticals continuously decayed. The early X-rays show two flaring episodes of variation, temporally uncorrelated with the early UV/opticals. We found a clear sign of X-ray hardness evolution, i.e., the source is harder at early times, and becomes softer as it brightens later. The drastically different temporal behaviors in X-rays and UV/opticals suggest that the two bands are physically distinct emission components, and probably arise from different locations. These properties argue against the reprocessing of X-rays by any outflow as the origin of the UV/optical peak. The full data are best explained by a two-process scenario, in which the UV/optical peak is produced by the debris stream-stream collisions during the circularization phase; some shocked gas with low angular momentum forms an early, low-mass 'precursor' accretion disk which emits the early X-rays. The major body of the disk is formed after the circularization finishes, whose enhanced accretion rate produces the late X-ray brightening. AT2019azh is a strong case of TDE whose emission signatures of stream-stream collision and delayed accretion are both identified.

研究の動機と目的

• TDE候補AT2019azhにおけるUV/光学ピークと遅延したX線明るみの起源を理解すること。
• UV/光学バンドとX線バンドの時間的に相関のない光曲線の不一致を解明すること。
• UV/光学発光がX線再放射によるものか、ストリーム衝突における直接的エネルギー散逸によるものかを特定すること。
• 降着ディスクの形成と進化、およびそれらが遅延X線発光とどのように関連するかを調査すること。
• AT2019azhを、TDEにおける遅延降着とストリーム同士の衝突の痕跡を示すベンチマーク事例として確立すること。

提案手法

• ピーク後約400日間の光学/UV（ASAS-SN, ZTF, Gaia）およびX線（Swift）データを用いた多波長光曲線解析。
• 全波長放射度、効果的温度、光球半径の時間的変化を導くためにスペクトルエネルギー分布（SED）フィッティング。
• X線スペクトルの硬さ比分析により、時間経過に伴うスペクトルの硬さから軟らかさへの移行を追跡。
• 外流によるX線再放射モデルとストリーム同士の衝突・降着ディスクからの直接発光モデルの比較。
• 流体力学的シミュレーションおよびディスクの円形化と角運動量損失の理論的モデルを用いて、時間的スケールとエネルギーの解釈。
• 低質量で高温のX線発光から初期ディスク形成を推論し、主要ディスクの降着増加に伴う遅延明るみを分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AT2019azhにおけるUV/光学ピークを引き起こす物理的メカニズムは何か。また、なぜ初期X線フレアとは時間的に相関がないのか。
• RQ2 なぜ発見後約200日頃にX線フラックスが30～100倍に増加する一方で、UV/光学フラックスは連続的に減少するのか。
• RQ3 衝突誘発外流によるX線再放射モデルが、観測されたUV/光学およびX線光曲線を説明できるか。
• RQ4 初期X線フレアの起源は何か。また、降着ディスク形成とどのように関連しているか。
• RQ5 変化するX線の硬さと放射度は、AT2019azhにおける降着状態とディスク進化をどのように制約するか。

主な発見

• AT2019azhにおけるUV/光学ピークは、ディスクの円形化段階におけるストリーム同士の衝突からのエネルギー散逸によって最もよく説明される。
• 初期X線フレア（t < 100 d）は再放射とは整合せず、高温のコロナを有する初期の低質量降着ディスクを示唆する。
• 約200日頃に観測されたX線明るみの約30～100倍の増加は、円形化完了後に主ディスクでの強化された降着が開始されたことを示している。
• X線の硬さ比は時間とともに著しく低下しており、硬いコロナ状態から、よりソフトな熱的ディスク状態への移行を示している。
• UV/光学とX線の光曲線間に時間的相関がないことから、両バンドが物理的に別個の発光領域から来ていることが確認された。
• AT2019azhは、ストリーム同士の衝突の痕跡と遅延降着の両方を完全に多波長で捉えた最初のTDEであり、ディスク形成モデルの重要な事例である。