[논문 리뷰] Ubiquitous Late Radio Emission from Tidal Disruption Events

Y. Cendes, E. Berger외 10명|arXiv (Cornell University)|2023. 08. 25.

Gamma-ray bursts and supernovaePhysics and Astronomy인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 발견 후 500–3,200일 동안 23개의 광학적으로 발견된 태양풍 파괴 사건(TDE)에 대한 전파 관측을 수행하여, 약 40%가 발견 후 500–2,000일 사이에 피크를 보이는 늦은 시기의 전파 방출을 보임을 밝혀냈다. 저자들은 운동 에너지가 10⁴⁷–10⁴⁹ erg이고 속도가 0.02–0.15c인 지연된 비상대론적 외부 유동을 발견하였으며, 이는 지연된 디스크 형성에 의해 유도되는, 이전에 간과되었던 TDE 진화의 광범위한 단계임을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 발견 후 첫 100일 이후의 늦은 시기 전파 방출의 보편성과 특성을 조사하기 위해.
• 늦은 전파 방출의 원인이 지연된 유동인지, 또는 이축된 상대론적 제트인지 확인하기 위해.
• 등분배 분석을 통해 TDE에서 전파 방출 유동의 에너지 및 운동학적 특성을 규명하기 위해.
• 늦은 전파 방출을 보이는 TDE의 핵외 환경 밀도와 팽창 역학을 평가하기 위해.
• 늦은 전파 방출이 광학 TDE 전반에서 공통적인 진화 단계인지 확인하기 위해.

제안 방법

• 발견 후 500–3,200일 동안 VLA, MeerKAT, ATCA를 사용하여 23개의 광학적으로 발견된 TDE에 깊은 전파 관측을 수행하였다.
• 등분배 분석을 통해 전파 빛의 세기와 스펙트럼 기울기를 바탕으로 운동 에너지, 루프 인자, 유동 속도를 추정하였다.
• 관측된 전파 광도 곡선을 자유 팽창 모델과 상대론적 제트 감속 모델과 비교하여 유동 역학을 추론하였다.
• 전파 밀도 보정을 3–5%의 체계적 오차로 적용하여 빛의 세기 및 밀도 측정의 신뢰도를 향상시켰다.
• 전파 광도 곡선을 분석하여 상승, 피크, 감소 단계를 식별하였으며, 초도 비검출 이후의 지연된 밝아름을 중심으로 분석하였다.
• 호스트 은하계와 AGN 오염 여부를 평가하기 위해 기존 자료 및 상한선과 전파 밀도를 비교하였다.

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

실험 결과

연구 질문

• RQ1 늦은 시기의 전파 방출은 광학 TDE에서 흔한가? 일반적으로 언제 피크를 보이나?
• RQ2 관측된 늦은 전파 밝아름을 가장 잘 설명하는 물리적 메커니즘은 지연된 유동인지, 또는 이축된 상대론적 제트인가?
• RQ3 늦게 방출하는 TDE에서 전파 방출 유동의 운동 에너지와 속도는 무엇인가?
• RQ4 늦게 방출하는 TDE의 핵외 환경은 초기 전파 방출을 보이는 TDE와 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ5 빛의 세기가 여전히 증가하는 TDE는 자유 팽창 또는 충격 역학에 일치하는가?

주요 결과

• 광학 TDE의 약 40%가 발견 후 500–3,200일 사이에 검출 가능한 전파 방출을 보이며, 이는 광범위하지만 이전에 간과되었던 단계임을 시사한다.
• 늦은 전파 방출은 2–4년의 시간 스케일에서 피크를 보이며, 샘플의 절반 이상이 관측 시점에 여전히 상승하는 방출을 보이고 있다.
• 등분배 분석을 통해 운동 에너지가 10⁴⁷–10⁴⁹ erg이고 속도가 0.02–0.15c인 지연된 유동이 밝혀졌으며, 이는 비상대론적 충격과 일치한다.
• 관측된 전파 방출의 지연(500–2,000일)은 즉각적인 상대론적 제트를 배제하며, 지연된 디스크 형성이 원인임을 지지한다.
• 늦게 방출하는 TDE의 핵외 밀도는 초기에 방출하는 TDE와 유사하여 유사한 환경임을 시사한다.
• 빛의 세기가 여전히 증가하는 TDE는 자유 팽창과 일치하며, 제트 감속 모델이 아닌 충격 구동 유동 모델을 지지한다.

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