[論文レビュー] A systematic analysis of the X-ray emission in optically selected tidal disruption events: observational evidence for the unification of the optically and X-ray selected populations

Muryel Guolo, Suvi Gezari+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2023

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 6

ひとこと要約

本研究は2014年から2021年までの17例の光学的選別TDEにおけるX線放射を分析し、多様なX線光曲線と冷却した降着円盤に一致する軟らかいスペクトルを同定した。主な結果として、光学的選別TDEとX線的選別TDEは別個の集団ではなく、初期段階のL_BB/L_Xにおいて連続的分布を示しており、観測される性質が視線角に依存する統一モデルを支持する。

ABSTRACT

We present a systematic analysis of the X-ray emission of a sample of 17 optically selected, X-ray-detected tidal disruption events (TDEs) discovered between 2014 and 2021. The X-ray light curves show a diverse range of temporal behaviors, with most sources not following the expected power-law decline. The X-ray spectra are mostly extremely soft and consistent with thermal emission from the innermost region of an accretion disk, which cools as the accretion rate decreases. Three sources show formation of a hard X-ray corona, at late-times. The spectral energy distribution shape, probed by the ratio ($L_{ m\,BB}/L_{ m\,X}$) between the UV/optical and X-ray, shows a wide range $L_{ m BB}/L_{ m X}\,\in\,(0.5,\,3000)$ at early-times, and converges to disk-like values $L_{ m\,BB}/L_{ m\,X}\,\in\,(0.5,\,10)$ at late-times. We estimate the fraction of optically discovered TDEs with $L_{ m\,X}\,\geq 10^{42}~ m{erg}~ m{s}^{-1} $ to be at least $40\%$, and show that X-ray loudness is independent of black hole mass. We argue that distinct disk formation time scales are unlikely to fully explain the diverse range of X-ray evolutions. We combine our sample with X-ray discovered ones to construct an X-ray luminosity function, best fitted by a broken power-law, with a break at $L_{ m\,X} \approx 10^{44}~ m{erg}~ m{s}^{-1} $. We show that there is no dichotomy between optically and X-ray selected TDEs, instead there is a continuum of early time $L_{ m\,BB}/L_{ m\,X}$, at least as wide as $L_{ m\,BB}/L_{ m\,X}\,\in\,(0.1,\,3000)$, with optical/X-ray surveys selecting preferentially, but not exclusively, from the higher/lower end of the distribution. Our findings are consistent with unification models for the overall TDE population.

研究の動機と目的

• 光学的選別TDEのX線的性質を理解すること。これは、明るい光学的フレアにもかかわらず、しばしばX線で弱いことから生じる。
• 観測されたX線行動の多様性が、降着円盤形成の時定数に起因するのか、あるいは視線角依存の遮蔽に起因するのかを検証すること。
• 光学的選別TDEとX線的選別TDEが根本的に異なる集団を形成するのか、それとも同一の現象の連続的分布を形成するのかを特定すること。
• 光学的TDEサンプルとX線的発見TDEを組み合わせ、X線発光関数（XLF）を構築し、X線で明るい（L_X ≥ 10^42 erg s⁻¹）光学的発見TDEの割合を評価すること。

提案手法

• XMM-Newton、Swift、eROSITAのX線光曲線およびスペクトルを用いた17例の光学的発見TDEに対する体系的分析。
• XSPECを用いたスペクトルフィッティングにより、X線放射を熱的降着円盤ブラックボディ（diskbb）としてモデル化し、温度および正規化の時間的変化を評価。
• UV/光学からX線への発光関数比（L_BB/L_X）の計算により、スペクトルエネルギー分布（SED）の形状と時間的変化を調査。
• 光学的TDEサンプルとX線的発見TDEを組み合わせ、破綻したパワーロー法則モデルを用いて共同X線発光関数（XLF）を構築。
• ブラックホール質量に依存しない形で、光学的サンプル内におけるX線で明るいTDE（L_X ≥ 10^42 erg s⁻¹）の割合を統計的に推定。
• 遅延した降着円盤形成モデルと視線方向光学的厚さの変化（厚いから薄いへ）のモデルを比較し、遅れて現れるX線の明るみを説明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学的選別TDEにおけるL_BB/L_X比の範囲と時間的変化は何か？ また、X線的選別TDEと比較するとどうなるか？
• RQ2 光学的発見TDEのX線光曲線およびスペクトルは、X線的選別TDEと共通の起源を示唆するのか、それとも根本的に異なるのか？
• RQ3 大多数の光学的発見TDEがX線で弱いのは、内因的な降着円盤形成の遅れによるのか、あるいは視線角依存の遮蔽によるのか？
• RQ4 TDEのX線発光関数の形状は何か？ 低発光度TDE集団の存在にどのような含意をもたらすか？
• RQ5 一部の源で観測された遅れて現れるX線の明るみは、コロナ形成によるものか、あるいは光学的厚さの変化によるものか？

主な発見

• 光学的選別TDEのX線光曲線は多様な時間的挙動を示し、多くの場合パワーロー法則の減衰に従わず、多くの例で遅れて明るみが増す。
• X線スペクトルは主に極めて軟らかく、内側降着円盤からの熱放射に一致しており、時間とともに温度が低下し、半径は安定円軌道の内側に一致する。
• 3つの源で軟らかくから硬いX線スペクトルへの遷移が観測され、これは光学的ピークから少なくとも200日後に、少なくとも数か月間持続する高温コロナの形成を示唆する。
• 初期段階のL_BB/L_X比は広範囲（0.5から3000）にわたり、時間とともに円盤に類似した値（0.5から10）に収束するため、放射性性質の連続的分布が示唆される。
• 少なくとも40％の光学的発見TDEがX線で明るい（L_X ≥ 10^42 erg s⁻¹）であり、これはブラックホール質量に依存しない。
• 統合されたTDE X線発光関数は、破綿したパワーロー法則で最もよくフィットし、break at log(L_X) ≈ 44.1 erg s⁻¹に位置する。これは、低発光度TDE（L_X ≤ 10^42 erg s⁻¹）が多数存在することを示し、現在の機器では高赤方偏移領域では検出できない。