[논문 리뷰] Prompt Accretion Disk Formation in an X-Ray Faint Tidal Disruption Event

T. Hung, R. J. Foley외 14명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 20.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 3인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 흡인 파괴 사건(TDE)인 AT~2018hyz에서 해머 라인의 분리된 더블피크 발광을 처음으로 명확히 관측했으며, 이는 펄세이서스 통과 이후 수십 일 이내에 즉각적인 질량 응집원판 형성이 일어났음을 시사한다. 원판은 낮은 이심률(e ≈ 0.1)을 가지며 약 ~100 Rp까지 확장되며, X선으로는 어두운데도 광학적으로 밝은 TDE에서 효과적으로 형성되며, 이는 원형화가 이러한 시스템에서 효과적임을 시사한다. 발광선 형태는 원판의 기울기와 원판 대 비원판 성분 간 강도 비율에 따라 달라진다.

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.

연구 동기 및 목표

• 약한 X선 방출을 보이는 흡인 파괴 사건(TDE)에서 응집원판의 형성 시계 및 구조를 조사하기 위해.
• X선으로는 어두운 광학적으로 밝은 TDE에서 별의 파편의 효율적인 원형화가 일어나는지 확인하기 위해.
• TDE에서 관측된 다양한 발광선 프로파일을 원판 기울기와 원판 대 비원판 성분 간 기여도에 기반해 설명하기 위해.
• 약 1개월의 시간 스케일 내에서 빠른 각운동량 재분배 및 질량 이동을 가능하게 하는 물리적 메커니즘을 규명하기 위해.

제안 방법

• AT~2018hyz의 발광선 프로파일 분 析를 위해 다중 파장 관측, 특히 광학 스펙트로스코피를 활용하였다.
• 이심률이 낮은 응집원판(e ≈ 0.1)과 비원판 기상의 가우시안 성분을 사용하여 이중피크 Hα 프로파일을 모델링하였다. 원판은 약 ~100 Rp까지 확장된다.
• 원판 형성 시계는 파편이 펄세이서스로 돌아오는 것을 역추적하여 추정되었으며, 첫 관측 이후 약 ~30–50일 이내에 형성된 것으로 나타났다.
• 관측된 원판 크기와 형성 시계를 바탕으로 각운동량 재분배 및 질량 이동 메커니즘을 유추하였으며, 충격파가 관여할 가능성이 있다.
• 원판과 비원판 성분 간 총 발광에 대한 기여도를 정량화하여 기울기와 기하학적 배치의 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약한 X선 방출을 보이는 TDE에서 별 파편 파괴 이후 응집원판 형성 시계는 어떻게 되는가?
• RQ2 파편 흐름에서 각운동량이 얼마나 효율적으로 재분배되어 안정적이고 낮은 이심률의 원판을 형성하는가?
• RQ3 AT~2018hyz에서 약 1개월의 시간 스케일 내에 원판 형성이 가능하게 하는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ4 유사한 광학 밝기를 보이는 TDE들 사이에서 일부는 이중피크 발광을 보이고 다른 일부는 보이지 않는 이유는 무엇인가?
• RQ5 원판 기울기와 원판 대 비원판 발광 강도 비율은 관측된 선형 프로파일에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• AT~2018hyz에서 TDE에서의 분리된 더블피크 발광이 처음으로 명확히 관측되었으며, 이는 큰 구조적 응집원판 존재를 확인한다.
• 원판 형성은 펄세이서스 통과 이후 약 30–50일 이내에 일어났으며, 파편의 빠른 원형화가 일어났음을 시사한다.
• 응집원판은 낮은 이심률(e ≈ 0.1)을 가지며 약 ~100 Rp까지 확장되며, 초기 별 질량의 약 5%의 질량을 가진다.
• 이중피크 프로파일은 원판 성분과 비원판 기상의 가우시안 성분 조합이 가장 잘 설명하지만, 이중성 방출 기원 가능성도 남아 있다.
• 적어도 일부 X선으로는 어두운 광학적으로 밝은 TDE에서 효율적인 원형화가 일어나며, 이 메커니즘이 이러한 시스템에서 일반적일 수 있음을 시사한다.