[論文レビュー] Ubiquitous Late Radio Emission from Tidal Disruption Events

Y. Cendes, E. Berger+10 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2023

Gamma-ray bursts and supernovaePhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、発見後500–3,200日間にわたり23例の光学的潮汐破壊現象（TDE）の電波観測を実施し、約40％が発見後500–2,000日でピークに達する遅発的電波放射を示すことを明らかにした。著者らは、運動エネルギーが10⁴⁷–10⁴⁹ erg、速度が0.02–0.15cの遅延した非相対論的噴流を同定し、これは遅延した円盤形成によって駆動されるが、これまでに無視されてきたTDE進化の広範で普遍的な段階であることを示唆している。

ABSTRACT

We present radio observations of 23 optically discovered tidal disruption events (TDEs) on timescales of 500-3200 days post discovery. We detect nine new TDEs that did not have detectable radio emission at earlier times, indicating a late-time brightening after several hundred (and up to 2300) days; an additional seven TDEs exhibit radio emission whose origin is ambiguous or may be attributed to the host galaxy or an active galactic nucleus. We also report a new rising component in one TDE previously detected in the radio at 10^3 days. While the radio emission in some of the detected TDEs peaked on a timescale 2-4 yr, over half of the sample still show rising emission. The range of luminosities for the sample is 10^37-10^39 erg/s, about 2 orders of magnitude below the radio luminosity of the relativistic TDE Sw J1644+57. Our data set indicates 40% of all optical TDEs are detected in radio hundreds to thousands of days after discovery, and that this is probably more common than early radio emission peaking at 10^2 days. Using an equipartition analysis, we find evidence for a delayed launch of the radio-emitting outflows, with delay timescales of 500-2000 days, inferred velocities of 0.02-0.15c, and kinetic energies of 10^47-10^49 erg. We rule out off axis relativistic jets as a viable explanation for this population, and conclude delayed outflows are a more likely explanation, possibly from delayed disk formation. We conclude late radio emission marks a fairly ubiquitous but heretofore overlooked phase of TDE evolution.

研究の動機と目的

• 発見後最初の100日を過ぎた後のTDEにおける遅発的電波放射の広がりと性質を調査すること。
• 遅発的電波放射が遅延した噴流か、非軸上相対論的ジェットによるものであるかを特定すること。
• 等分配分析を用いて、電波放射性噴流のエネルギー的性質と運動学的性質を同定すること。
• 遅発的電波放射を示すTDEの周囲核環境の密度と膨張ダイナミクスを評価すること。
• 遅発的電波放射が光学的TDE全体の一般的な進化段階であるかどうかを確立すること。

提案手法

• 発見後500–3,200日における23例の光学的TDEを、VLA、MeerKAT、ATCAを用いて深さのある電波観測した。
• 電波放射の全波長放射度とスペクトル指数から、等分配分析を用いて運動エネルギー、ローレンツ因子、噴流速度を推定した。
• 自由膨張モデルと相対論的ジェットの減速モデルとを比較し、噴流ダイナミクスを推定した。
• 3–5％の系統的不確実性を伴うフラックス密度校正を適用し、放射度およびフラックス測定の信頼性を向上させた。
• 電波光曲線を分析し、上昇期、ピーク、下降期を特定した。初期の非検出状態に続く遅延した明るみの増加に注目した。
• ホスト銀河およびAGNの混入を評価するため、アーカイブデータと上限値とを比較した。

Figure 1: Top: Radio uminosity light curves for TDEs presented in this work (triangles: $3\sigma$ upper limits; other symbols: detections). All observations for the same TDE are connected with a dotted line for non-detections, and a solid line when detected. TDEs with detected radio emission whose o

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遅発的電波放射は光学的TDEにおいて一般的なものであり、通常どのスケールでピークに達するか？
• RQ2 観測された遅発的電波明るみを最もよく説明するのは、遅延した噴流か非軸上相対論的ジェットのどちらか？
• RQ3 遅発的放射を示すTDEにおける電波放射性噴流の運動エネルギーと速度は何か？
• RQ4 遅発的電波放射を示すTDEの周囲核環境は、早期に電波放射を示すTDEと比べてどう異なるか？
• RQ5 放射度がまだ上昇しているTDEは、自由膨張か衝撃波駆動ダイナミクスに一致するか？

主な発見

• 発見後500–3,200日における光学的TDEの約40％が検出可能な電波放射を示しており、これは広範でかつこれまでに無視されてきた段階であることを示している。
• 遅発的電波放射は2–4年というスケールでピークに達しており、サンプルの半数以上が観測時点でも上昇段階にあった。
• 等分配分析により、運動エネルギーが10⁴⁷–10⁴⁹ erg、速度が0.02–0.15cの遅延した噴流が同定され、非相対論的衝撃波と整合的であることが判明した。
• 電波放射の遅れ（500–2,000日）は、即時の相対論的ジェットの存在を排除し、遅延した円盤形成が原因であると支持する。
• 遅発的放射を示すTDEの周囲核密度は、早期に放射を示すTDEと同等であり、類似した環境であると示唆された。
• 放射度がまだ上昇しているTDEは自由膨張と整合的であり、ジェットの減速ではなく衝撃波駆動噴流モデルを支持する。

Figure 2: Upper left: Histograms of the time of first radio detection (solid) and first radio observation (dashed) for TDEs with detected radio emission. Upper right: Histogram of peak radio emission timescale at $\sim 6$ GHz for TDEs with detected radio emission. Arrows indicate upper and lower lim