[论文解读] A Mildly Relativistic Outflow Launched Two Years after Disruption in the Tidal Disruption Event AT2018hyz

Y. Cendes, E. Berger+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2022

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 55被引用 70

一句话总结

本研究首次在潮汐瓦解事件（TDE）AT2018hyz中检测到延迟、轻微相对论性喷流，该喷流在光学发现约750天后被释放。多波段射电、亚毫米波、光学/紫外和X射线观测显示，射电光变曲线迅速上升，其谱指数比Fν ∝ t⁵更陡，表明存在延迟喷流，喷流速度参数β ≈ 0.25–0.6，动能EK ≈ 5.8–6.3 × 10⁴⁹ erg，排除了即时喷流或周围介质密度增强的模型。

ABSTRACT

We present late-time radio/millimeter (as well as optical/UV and X-ray) detections of the tidal disruption event (TDE) AT2018hyz, spanning $970 - 1300$ d after optical discovery. In conjunction with earlier deeper limits, including at $\approx 700$ d, our observations reveal rapidly rising emission at $0.8-240$ GHz, steeper than $F_ u\propto t^5$ relative to the time of optical discovery. Such a steep rise cannot be explained in any reasonable scenario of an outflow launched at the time of disruption (e.g., off-axis jet, sudden increase in the ambient density), and instead points to a delayed launch. Our multi-frequency data allow us to directly determine the radius and energy of the radio-emitting outflow, showing that it was launched $\approx 750$ d after optical discovery. The outflow velocity is mildly relativistic, with $\beta\approx 0.25$ and $\approx 0.6$ for a spherical and a $10^\circ$ jet geometry, respectively, and the minimum kinetic energy is $E_K\approx 5.8 imes 10^{49}$ and $\approx 6.3 imes 10^{49}$ erg, respectively. This is the first definitive evidence for the production of a delayed mildly-relativistic outflow in a TDE; a comparison to the recently-published radio light curve of ASASSN-15oi suggests that the final re-brightening observed in that event (at a single frequency and time) may be due to a similar outflow with a comparable velocity and energy. Finally, we note that the energy and velocity of the delayed outflow in AT2018hyz are intermediate between those of past non-relativistic TDEs (e.g., ASASSN-14li, AT2019dsg) and the relativistic TDE Sw\,J1644+57. We suggest that such delayed outflows may be common in TDEs.

研究动机与目标

• 研究在光学发现970–1300天后观测到的潮汐瓦解事件AT2018hyz中晚期快速上升射电辐射的起源。
• 区分延迟射电辐射的多种竞争模型，包括非轴向相对论性喷流、周围介质密度增强以及延迟喷流释放。
• 利用多波段射电与谱能分布（SED）数据，确定射电辐射喷流的物理特性，包括其半径、速度、能量与几何结构。

提出的方法

• 使用VLA、ALMA、AMI-LA和ASKAP进行多波段射电与亚毫米波观测，频率范围为0.8–240 GHz，并在约700天时获得深度上界。
• 采用磁层等离子体自吸收模型并假设能量等分，对谱能分布（SED）进行建模，以推导喷流参数，如半径、洛伦兹因子与动能。
• 测试双喷流模型以解释异常的谱演化，其中一成分在~1.5 GHz处达到峰值，另一成分在~3 GHz处达到峰值，以评估时间演化与辐射主导机制。
• 使用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）采样方法分析数据，通过先验条件强制保证峰值频率与通量密度时间演化的一致性。
• 对球形与10°喷流几何结构分别建模喷流形态，以评估其对速度与能量估计的影响。
• 利用X射线与光学/紫外数据，交叉验证喷流的触发时间与能量与吸积及回落过程的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 AT2018hyz在光学发现970–1300天后观测到的射电光度快速上升，其机制是什么？
• RQ2 观测到的射电光变曲线能否由即时相对论性喷流、周围介质相互作用或延迟喷流释放来解释？
• RQ3 射电辐射喷流的物理参数（速度、能量、半径）是什么？其数值如何依赖于喷流几何结构？
• RQ4 AT2018hyz的周围核环境是否异常致密？还是延迟源于内部吸积盘过程？
• RQ5 与ASASSN-15oi和Sw J1644+57等其他TDE相比，AT2018hyz中的延迟喷流在能量与速度方面有何异同？

主要发现

• AT2018hyz的射电辐射表现出比Fν ∝ t⁵更陡的快速上升，与即时喷流模型（如非轴向喷流或周围介质密度突增）不一致。
• 喷流在光学发现约750天后被释放，其轻微相对论性速度为β ≈ 0.25（球形喷流）与β ≈ 0.6（10°喷流几何结构）。
• 喷流的最小动能为EK ≈ 5.8 × 10⁴⁹ erg（球形）与≈6.3 × 10⁴⁹ erg（喷流），介于非相对论性TDE与相对论性TDE Sw J1644+57之间。
• 周围核环境的密度处于TDE的典型水平，排除了与致密介质相互作用导致延迟的可能性。
• 虽测试了双喷流模型，但未能解决快速演化问题；两成分仍需延迟的轻微相对论性起源解释。
• 这是首次在TDE中确凿证实存在延迟的轻微相对论性喷流，表明此类喷流在TDE群体中可能普遍存在。