[论文解读] The UV/optical peak and X-ray brightening in TDE candidate AT2019azh: A case of stream-stream collision and delayed accretion

Xiaolong Liu, Liming Dou+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用 14

一句话总结

本文将AT2019azh描述为一种罕见的潮汐瓦解事件（TDE），其中紫外/光学峰值源于吸积盘形成过程中流体之间的碰撞，而约200天后出现的延迟X射线增亮则源于新形成的、质量较大的吸积盘中增强的吸积过程。紫外/光学与X射线的光曲线差异显著，且X射线能谱硬度随时间演变，强烈支持一种双组分辐射模型，紫外/光学与X射线辐射具有物理上分离的起源。

ABSTRACT

We present and analyze the optical/UV and X-ray observations of a nearby tidal disruption event (TDE) candidate AT2019azh, spanning from $\sim$ 30 d before to $\sim$ 400 d after its early optical peak. The X-rays show a late brightening by a factor of $\sim$ 30-100 around 200 days after discovery, while the UV/opticals continuously decayed. The early X-rays show two flaring episodes of variation, temporally uncorrelated with the early UV/opticals. We found a clear sign of X-ray hardness evolution, i.e., the source is harder at early times, and becomes softer as it brightens later. The drastically different temporal behaviors in X-rays and UV/opticals suggest that the two bands are physically distinct emission components, and probably arise from different locations. These properties argue against the reprocessing of X-rays by any outflow as the origin of the UV/optical peak. The full data are best explained by a two-process scenario, in which the UV/optical peak is produced by the debris stream-stream collisions during the circularization phase; some shocked gas with low angular momentum forms an early, low-mass 'precursor' accretion disk which emits the early X-rays. The major body of the disk is formed after the circularization finishes, whose enhanced accretion rate produces the late X-ray brightening. AT2019azh is a strong case of TDE whose emission signatures of stream-stream collision and delayed accretion are both identified.

研究动机与目标

• 理解TDE候选体AT2019azh中紫外/光学峰值与后期X射线增亮的起源。
• 解决紫外/光学与X射线波段光曲线时间上不相关的问题。
• 确定紫外/光学辐射是否源于X射线再处理，还是直接来自流体碰撞中的能量耗散。
• 研究吸积盘的形成与演化及其与后期X射线辐射的关联。
• 确立AT2019azh作为TDE中延迟吸积与流体间碰撞特征的基准案例。

提出的方法

• 对发现后约400天内光学/紫外（ASAS-SN、ZTF、Gaia）与X射线（Swift）数据进行多波段光曲线分析。
• 通过谱谱能量分布（SED）拟合，推导总辐射光度、有效温度及光球半径的演化。
• 对X射线谱进行硬度比分析，追踪其从硬态到软态的光谱演化过程。
• 比较X射线被喷流再处理与流体间碰撞及吸积盘直接辐射的模型。
• 利用流体动力学模拟与吸积盘形成及角动量损失的理论模型，解释时间演化与能量分布。
• 从低质量、高温X射线发射推断早期吸积盘的形成，从后期显著增亮推断主吸积盘的增强吸积。

实验结果

研究问题

• RQ1 AT2019azh中紫外/光学峰值的物理机制是什么？为何其与早期X射线耀发无时间关联？
• RQ2 为何在发现约200天后X射线流量增加了30至100倍，而紫外/光学流量却持续衰减？
• RQ3 由碰撞引发的喷流导致的X射线再处理模型能否解释观测到的紫外/光学与X射线光曲线？
• RQ4 早期X射线耀发的起源是什么？其与吸积盘形成有何关联？
• RQ5 X射线能谱硬度与光度的演化如何约束AT2019azh中的吸积状态与吸积盘演化？

主要发现

• AT2019azh中紫外/光学峰值最合理的解释是吸积盘形成阶段流体间碰撞导致的能量耗散。
• 早期X射线耀发（t < 100 d）与再处理模型不符，反而表明存在一个早期、低质量的吸积盘及其高温冕区。
• 约200天时X射线流量增加约30至100倍，对应于主吸积盘在圆化过程完成后开始增强吸积。
• X射线硬度比随时间显著下降，表明从硬态的冕区状态向软态的热盘状态转变。
• 紫外/光学与X射线光曲线之间缺乏时间相关性，证实两个波段来自物理上分离的辐射区域。
• AT2019azh是首个获得完整多波段覆盖、同时展现流体间碰撞特征与延迟吸积的TDE，使其成为吸积盘形成模型的关键案例。