[论文解读] 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 6

一句话总结

本研究分析了2014–2021年间17个光学选中的潮汐瓦解事件（TDEs）的X射线辐射，发现其X射线光 light curves 多样，光谱偏软，与冷却吸积盘一致。关键结果表明，光学与X射线选中的TDE并非截然不同的群体，而是在早期L_BB/L_X上构成连续分布，支持统一模型，即视线角度决定观测特性。

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.

研究动机与目标

• 理解光学选中的TDE的X射线特性，这些事件尽管光学耀发明亮，但通常X射线辐射较暗。
• 检验观测到的X射线行为多样性是否源于吸积盘形成 timescales 的差异，或视线角度相关的遮挡。
• 确定光学与X射线选中的TDE是否代表不同的群体，还是同一基本现象的连续体。
• 构建联合X射线光度函数，并评估在光学发现的TDE中，X射线明亮源（L_X ≥ 10^42 erg s⁻¹）所占比例。

提出的方法

• 对17个光学发现的TDE系统分析XMM-Newton、Swift和eROSITA的X射线光 light curves 和光谱。
• 使用XSPEC进行光谱拟合，将X射线发射建模为热盘黑体（diskbb），并分析温度与归一化参数的演化。
• 计算紫外/光学与X射线光度比（L_BB/L_X），以探测不同观测 epoch 下的SED形状与演化。
• 将光学TDE样本与X射线发现的TDE结合，采用折返幂律模型构建联合X射线光度函数（XLF）。
• 独立于黑洞质量，统计估算光学样本中X射线明亮TDE（L_X ≥ 10^42 erg s⁻¹）的比例。
• 比较延迟盘形成模型与视线光学深度演化模型（厚到薄）在解释晚期X射线增亮现象上的优劣。

实验结果

研究问题

• RQ1 光学选中的TDE中，L_BB/L_X比值的范围及其演化特征如何？与X射线选中的TDE相比有何差异？
• RQ2 光学发现的TDE的X射线光 light curves 和光谱是否支持其与X射线选中的TDE具有共同起源，还是本质不同？
• RQ3 大多数光学发现的TDE为何X射线辐射较暗？是由于吸积盘形成存在内在延迟，还是视线角度相关的遮挡所致？
• RQ4 TDE的X射线光度函数形状如何？其对低光度TDE群体的存在有何启示？
• RQ5 某些源中观测到的晚期X射线增亮现象，能否由冕的形成或光学深度变化来解释？

主要发现

• 光学选中的TDE的X射线光 light curves 展现出多样的时间行为，大多数不遵循幂律衰减，且许多在晚期出现增亮。
• X射线光谱主要极为偏软，与内吸积盘热辐射一致，温度随时间冷却，辐射半径与最内稳定圆轨道一致。
• 三个源显示出从软到硬的X射线光谱转变，表明在光学峰值后至少200天形成热冕，持续数月。
• 早期L_BB/L_X比值范围极广（0.5至3000），在晚期收敛至盘状值（0.5至10），表明辐射特性存在连续谱。
• 至少40%的光学发现TDE为X射线明亮源（L_X ≥ 10^42 erg s⁻¹），且X射线明亮性与黑洞质量无关。
• 联合TDE X射线光度函数最佳拟合为折返幂律，拐点位于log(L_X) ≈ 44.1 erg s⁻¹，表明存在大量低光度TDE（L_X ≤ 10^42 erg s⁻¹）在更高红移处因当前仪器灵敏度不足而无法探测。