[论文解读] Prompt Accretion Disk Formation in an X-Ray Faint Tidal Disruption Event

T. Hung, R. J. Foley+14 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2020

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用 9

一句话总结

本研究首次在潮汐撕裂事件（TDE）AT~2018hyz中清晰检测到解析的双峰巴耳末发射线，表明在近日点通过后数十天内即形成吸积盘。该吸积盘具有低偏心率（e ≈ 0.1），延伸至约100 Rp，其在X射线暗、光学明亮的TDE中高效形成，表明此类系统中圆化过程有效，且发射线轮廓特征取决于吸积盘倾角及盘成分与非盘成分的相对强度。

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.

研究动机与目标

• 研究弱X射线发射TDE中吸积盘的形成 timescale 及结构。
• 确定在X射线暗、光学明亮TDE中，恒星碎片是否能高效实现圆化。
• 通过吸积盘倾角及盘成分与非盘成分的相对贡献，解释TDE中观测到的发射线轮廓多样性。
• 识别在约1个月 timescale 内实现快速角动量重分布与质量输运的物理机制。

提出的方法

• 利用多波段后续观测，包括光学光谱，分析AT~2018hyz的发射线轮廓。
• 采用低偏心率吸积盘模型（e ≈ 0.1），延伸至约100 Rp，结合非盘云团的高斯成分，对双峰Hα轮廓进行拟合。
• 通过反向追踪碎片返回近日点的时间，估算吸积盘形成 timescale，表明其在首次探测后约30–50天内形成。
• 基于观测到的吸积盘尺寸与形成 timescale，推断角动量重分布与质量输运机制，可能涉及激波过程。
• 量化盘成分与非盘成分对总发射的相对贡献，以评估倾角与几何构型的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在X射线暗TDE中，恒星撕裂后吸积盘的形成 timescale 是多少？
• RQ2 碎片流中角动量的重分布效率如何，以形成稳定、低偏心率的吸积盘？
• RQ3 在AT~2018hyz中，何种物理机制使吸积盘在约1个月 timescale 内形成？
• RQ4 为何一些TDE表现出双峰发射而另一些则没有，尽管光学亮度相似？
• RQ5 吸积盘倾角及盘成分与非盘成分的相对发射强度如何影响观测到的线轮廓？

主要发现

• 在AT~2018hyz中首次实现对TDE中解析双峰巴耳末发射的无歧义检测，证实存在一个大尺度、结构复杂的吸积盘。
• 吸积盘在近日点通过后约30–50天内形成，表明碎片的快速圆化过程。
• 该吸积盘具有低偏心率（e ≈ 0.1），延伸至约100 Rp，质量约为初始恒星质量的5%。
• 双峰轮廓最合理的解释是盘成分与非盘云团的高斯成分共同作用，但双极喷流起源的可能性仍存在。
• 至少在部分X射线暗、光学明亮TDE中可推断出高效圆化过程，表明该机制可能在类似系统中普遍存在。