[논문 리뷰] First tidal disruption events discovered by SRG/eROSITA: X-ray/optical properties and X-ray luminosity function at z<0.6

S. Sazonov, M. Gilfanov외 23명|arXiv (Cornell University)|2021. 08. 05.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 SRG/eROSITA 全天망사에서 발견한 최초의 13개의 조수파괴현상(TDEs)을 제시하며, 그들의 X선 및 적외선 성질을 분석한다. 연구는 TDE의 X선 휘도 함수가 기울기 −0.6±0.2인 멱법칙을 따르며, 연간 은하당 (1.1 ± 0.5) × 10⁻⁵개의 TDE 비율을 보이며, 이는 적외선 조사보다 유의미하게 낮다. 이는 X선 빛나는 TDE는 소수에 불과하며, 대부분의 경우 흡수에 의해 방향 의존적으로 가려진 것으로 보이며, 주로 적축 방향에서 관측된다는 것을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• SRG/eROSITA 全天망사에서 처음으로 발견된 조수파괴현상(TDEs)을 특정하고 특성화하는 것.
• 이 TDE들의 X선 및 적외선 성질을 분석하고, 휘도 함수와 스펙트럼 진화를 포함하여 연구하는 것.
• X선 조사에서 관측된 TDE 비율을 적외선 조사와 비교하여 선택 편향을 이해하는 것.
• 특히 두꺼운 적축 디스크에 의한 방향 의존적 가림을 포함하는 TDE 복사 모델을 시험하는 것.
• eROSITA의 탐지 임계값을 평가하고, 전반적인 조사 종료 시 예상되는 TDE 총 수를 예측하는 것.

제안 방법

• eROSITA의 두 번째 天망사 기간(2020년 6월~12월) 동안 0 < l < 180° 영역에서 X선 변동천체를 식별하였다.
• 지상 천체망원경(예: BTA, AZT-33IK, RTT150, CMO 등)을 이용한 다중 파장 적외선 후속 관측을 통해 TDE 후보를 확인하였다.
• 0.3–6 keV 대역에서 X선 광도곡선과 스펙트럼을 분석하여 휘도, 스펙트럼 형태 및 진화를 결정하였다.
• g-대역 및 기타 적외선 필터에서 분광학적 및 광도 측정을 수행하여 적외선 활동성과 은하핵 성질을 평가하였다.
• FSPS 및 Prospector 패키지를 사용하여 은하핵 SED에 적합하여 항성 집단 파rameter와 은하핵 휘도를 추정하였다.
• 관측된 표본을 사용하여 TDE X선 휘도 함수를 구성하고, 은하당 연간 총 TDE 비율을 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 eROSITA의 SRG 全天망사 기간 동안 처음으로 발견된 TDE들의 X선 및 적외선 성질은 무엇인가?
• RQ2 이 X선 선별 표본에서 유도된 TDE X선 휘도 함수는 적외선 조사에서의 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 왜 X선에서 관측된 TDE 비율이 적외선 조사보다 유의미하게 낮은가? 이는 TDE 선택 편향에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ4 X선 선별 TDE에서 스펙트럼의 경화 또는 적외선 밝아짐 현상이 발생하는가? 이는 적축 물리에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 eROSITA가 전체 조사 기간 동안 예상되는 TDE 탐지 수량은 얼마이며, 현재의 탐지 임계값은 이론적 한계와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• eROSITA는 두 번째 천망사 기간 동안 13개의 TDE를 발견하였으며, 적측은 z = 0.581까지 확인되었고, 한 사건은 최소 6개월 이상 X선에서 밝아졌다.
• X선 스펙트럼은 몇 ×10³에서 10⁸ M⊙의 블랙홀에 가까운 임계 적축에 의해 일관되며, 일부 경우에서는 초임계 적축이 가능하다고 보인다.
• 두 개의 TDE에서 발견된 지 약 6개월 후에 스펙트럼 경화 현상이 관측되어 적축 조건이 변화하고 있음을 시사한다.
• 4개의 TDE는 X선 폭발과 동시에 적외선에서 밝아졌고, 9개는 여전히 적외선에서 어두웠으며, Lg/LX < 0.3이었다.
• TDE X선 휘도 함수는 기울기 −0.6 ± 0.2인 멱법칙으로 잘 맞추어지며, 적외선 표본과 유사하지만, 총 비율은 (1.1 ± 0.5) × 10⁻⁵ TDE per 은하 per 년으로, 적외선 추정치보다 약 10배 낮다.
• 낮은 X선 비율은 X선 빛나는 TDE가 소수임을 시사하며, 대부분이 적축 디스크 축에 가까운 방향에서 관측된 것으로 보이며, 방향 의존적 가림 모델과 일치한다. 탐지 임계값은 약 2배 향상될 수 있으며, 이는 조사 종료 시 약 700개의 TDE를 탐지할 수 있음을 의미한다.