中园学 物理学 力学天文学 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica Massive black holes and tidal disruption events at the center of galaxies 刘柱袁为民,孙惠李硕,刘富坤陈弦馷由俊,王挺贵雷卫华,钟诗言,袁峰,王俊峰,鑿卓,李立新,范一中and固宏岩 Citation:中国科学:物理学力学天文学48.039503(2018);doi:10.1360/ SSPMA201700268 ViewTableofContentshttp:/lengine.scichina.com/publisher/scp/iounal/sspma48/ Published by the(中国科学》杂志杜 Articles you may be interested in massive black holes at the ce ENTIA SINICA Physica, Mechanica& Astronomica 42, 21 eco-eyolution of massive black holes in dualactive galactic nuclei and their host galaxies via galaxy merger simulations NA Physics, Mechanics Astronomy 62, 129511(2019) Weighing super-massive black holes with narrow Fe Ka line SCIENCE CHINA Physics, Mechanics Astronomy 54, 1354(2011); New insights into AGNs with low-mass black holes and high accretion rates: the case of narrow-line Seyfert 1 galaxies SCIENCE CHINA Physics, Mecl Astronomy RIAXIALITY AND PRESSURE ANISOTROPY INDUCED BY TIDAL INTERACTIONS BETWEEN GALAXIES Science in China Series A-Mathematics, Physics, Astronomy Technological Science 29, 1073(1986)
Massive black holes and tidal disruption events at the center of galaxies 刘柱, 袁为民, 孙惠, 李硕, 刘富坤, 陈弦, 陆由俊, 王挺贵, 雷卫华, 钟诗言, 袁峰, 王俊峰, 黎卓, 李立新, 范一中 and 周宏岩 Citation: 中国科学: 物理学 力学 天文学 48, 039503 (2018); doi: 10.1360/SSPMA2017-00268 View online: http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSPMA2017-00268 View Table of Contents: http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SSPMA/48/3 Published by the 《中国科学》杂志社 Articles you may be interested in Cosmological evolution of massive black holes at the center of galaxies SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica & Astronomica 42, 1256 (2012); Investigating the co-evolution of massive black holes in dual active galactic nuclei and their host galaxies via galaxy merger simulations SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy 62, 129511 (2019); Weighing super-massive black holes with narrow Fe Kα line SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy 54, 1354 (2011); New insights into AGNs with low-mass black holes and high accretion rates: the case of narrow-line Seyfert 1 galaxies SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy 53, 216 (2010); TRIAXIALITY AND PRESSURE ANISOTROPY INDUCED BY TIDAL INTERACTIONS BETWEEN GALAXIES Science in China Series A-Mathematics, Physics, Astronomy & Technological Science 29, 1073 (1986);
中国科学:物理学力学天文学 2018年第48卷第3期:039503 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica physcn. scichina com SCIENCE CHINAPRESS 评述 爱因斯坦探针:探索变幻多姿的X射线宇宙专题 OSSA 星系中心大质量黑洞及潮汐瓦解恒星事件 刘柱,袁为民,孙惠,李硕,刘富坤,陈弦5,陆由俊3,王挺贵,雷卫华, 钟诗言,袁峰’,王俊峰,黎卓4,李立新3,范一中,周宏岩° 1.中国科学院国家天文台,中国科学院空间天文与技术重点实验室,北京100012; 中国科学院大学天文与空间科学学院,北京100049, 3.中国科学院国家天文台,北京100012; 4.北京大学物理学院天文系,北京10087 5.北京大学科维理天文与天体物理研究所,北京100871 6.中国科学技术大学天体物理中心星系与宇宙学重点实验室,合肥230026; 7.华中科技大学物理学院,武汉430074 8.中国科学院云南天文台,昆明650216 9中国科学院上海天文台,上海200030; 10.厦门大学天文学系,厦门361005 11.中国科学院紫金山天文台,南京210008 *联系人,刘柱,E-mal: liuzhu a nao. cas. cn;袁为民, E-mail:wmy@ nao. cas.cn 收稿日期:2017-09-20,接受日期:2017-1130,网络发表日期:2018-01-30 中国科学院空间科学战略性先导科技专项(编号:XDA15052100)和北京大学“985工程”建设项目“星团环境对双黑洞形成演化过程的干扰及其 对引力波探测的影响”资助 摘要黑洞潮汐瓦解恒星事件( Tidal Disruption Events,TDE)是星系中心黑洞瓦解进入其潮汐瓦解半径内的恒星 并吸积恒星碎片物质而产生的一种剧烈辐射耀发现象.TDE的能谱和光变特征中蕴含了中心黑洞和被瓦解的恒 星的信息,为我们证实和普查宁静星系中的黑洞,研究其参数、吸积过程和喷流产生、以及核区星际介质等提供 了可能.TDE还可能提供中等质量黑洞和双黑洞存在的证据.TDE的观测和理论已成为一个新开辟的天体物理研 究领域,但目前的进展受制于探测到事件太少(尤其是在X射线波段),且观测数据普遍质量不高.TDE的发生率很 低,要探测大样本的事例需要监测足够大的空间体积.爱因斯坦探针卫星( Einstein probe,EP)覆盖了0.5-4keV的 软X射线波段(接近TDE耀发时的辐射峰值能段),具有大视场以及高灵敏度,非常利于对TDE的探测预期爱因斯 坦探针卫星毎年可以发现约几十至上百例TDE,其中有约10例或更多具有相对论性喷流特征.这将使我们可以获 得较为完备、具有统计意义的TDE的样本,为进一步研究黑洞的存在和统计性质、增长和演化、发现中等质量 层洞和大质量双黑洞等提供了新的途径 关键词大质量黑洞,潮汐瓦解恒星,吸积,喷流,星际介质 PACS:9862Js,9555Ka,98.62Mw,98.62Nx,98.62Ra 引用格式:刘柱,袁为民,孙惠,等.星系中心大质量黑洞及潮汐瓦解恒星事件.中国科学:物理学力学天文学,2018,48:039503 Sun H, et al. Massive black holes and tidal disruption events at the center of galaxies(in Chinese ). Sci Sin-Phys Mech Astron, 2018, 48:039503,doi:10. SPMA2017-00268 2018《中国科学》杂志社 ww. scichina co DownloadedtoiP:223.0.13.174On2020-03-1011:25:21http:/engine.scichina.com/doi/10.1360/sspma2017-00268
星系中心大质量黑洞及潮汐瓦解恒星事件 刘柱1*, 袁为民1,2*, 孙惠1 , 李硕3 , 刘富坤4,5, 陈弦4,5, 陆由俊3 , 王挺贵6 , 雷卫华7 , 钟诗言8 , 袁峰9 , 王俊峰10, 黎卓4,5, 李立新5,4, 范一中11 , 周宏岩6 1. 中国科学院国家天文台, 中国科学院空间天文与技术重点实验室, 北京 100012; 2. 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049; 3. 中国科学院国家天文台, 北京 100012; 4. 北京大学物理学院天文系, 北京 100871; 5. 北京大学科维理天文与天体物理研究所, 北京 100871; 6. 中国科学技术大学天体物理中心星系与宇宙学重点实验室, 合肥 230026; 7. 华中科技大学物理学院, 武汉 430074; 8. 中国科学院云南天文台, 昆明 650216; 9. 中国科学院上海天文台, 上海 200030; 10. 厦门大学天文学系, 厦门 361005; 11. 中国科学院紫金山天文台, 南京 210008 *联系人, 刘柱, E-mail: liuzhu@nao.cas.cn; 袁为民, E-mail: wmy@nao.cas.cn 收稿日期: 2017-09-20; 接受日期: 2017-11-30; 网络发表日期: 2018-01-30 中国科学院空间科学战略性先导科技专项(编号: XDA15052100)和北京大学“985工程”建设项目“星团环境对双黑洞形成演化过程的干扰及其 对引力波探测的影响”资助 摘要 黑洞潮汐瓦解恒星事件(Tidal Disruption Events, TDE)是星系中心黑洞瓦解进入其潮汐瓦解半径内的恒星 并吸积恒星碎片物质而产生的一种剧烈辐射耀发现象. TDE的能谱和光变特征中蕴含了中心黑洞和被瓦解的恒 星的信息, 为我们证实和普查宁静星系中的黑洞, 研究其参数、吸积过程和喷流产生、以及核区星际介质等提供 了可能. TDE还可能提供中等质量黑洞和双黑洞存在的证据. TDE的观测和理论已成为一个新开辟的天体物理研 究领域, 但目前的进展受制于探测到事件太少(尤其是在X射线波段), 且观测数据普遍质量不高. TDE的发生率很 低, 要探测大样本的事例需要监测足够大的空间体积. 爱因斯坦探针卫星(Einstein Probe, EP)覆盖了0.5–4 keV 的 软X射线波段(接近TDE耀发时的辐射峰值能段), 具有大视场以及高灵敏度, 非常利于对TDE的探测. 预期爱因斯 坦探针卫星每年可以发现约几十至上百例TDE, 其中有约10例或更多具有相对论性喷流特征. 这将使我们可以获 得较为完备、具有统计意义的TDE的样本, 为进一步研究黑洞的存在和统计性质、增长和演化、发现中等质量 黑洞和大质量双黑洞等提供了新的途径. 关键词 大质量黑洞, 潮汐瓦解恒星, 吸积, 喷流, 星际介质 PACS: 98.62.Js, 95.55.Ka, 98.62.Mw, 98.62.Nx, 98.62.Ra 引用格式: 刘柱, 袁为民, 孙惠, 等. 星系中心大质量黑洞及潮汐瓦解恒星事件. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2018, 48: 039503 Liu Z, Yuan W M, Sun H, et al. Massive black holes and tidal disruption events at the center of galaxies (in Chinese). Sci Sin-Phys Mech Astron, 2018, 48: 039503, doi: 10.1360/SSPMA2017-00268 © 2018 《中国科学》杂志社 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .www.scichina.com 中国科学: 物理学 力学 天文学 . . . . . . . . . . . . . . . . . 2018 年 第 48 卷 第 3 期: 039503 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica & Astronomica . . . . . . . . . . physcn.scichina.com 评 述 爱因斯坦探针: 探索变幻多姿的X射线宇宙专题 Downloaded to IP: 223.0.13.174 On: 2020-03-10 11:25:21 http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSPMA2017-00268
刘柱等.中国科学:物理学力学天文学2018年第48卷第3期 引言 洞与星系的共同演化具有重要的意义.具有喷流的 TDE涵盖了喷流产生和能量耗散的全过程,且包含了 尽管缺乏充足的观测证据,目前人们认为星系中中心黑洞活动的信息,例如SwJ644+57的喷流以及 心普遍存在一个大质量黑洞.当恒星靠近这些黑洞附其X射线光变中发现的准周期震荡( Quasi-Periodic Os 近,进入到黑洞的潮汐瓦解半径之内时,作用于恒星 cillation,QPO),反映了黑洞周围的吸积过程及广义相 的潮汐引力将超过恒星的自引力,恒星会被潮汐瓦解对论效应,因此是我们研究吸积过程、喷流物理和 ( Tidal Disruption Events,TDE).这个过程中大约有 中心黑洞性质的“天体实验室” 半的瓦解物质会回落并被黑洞吸积,产生可以达到活 3)黑洞的性质和参数:黑洞的质量与自旋是天体 动星系核( Active Galactic Nuclei,AGN)的光度的爆发物理研究黑洞的最基本的两个参量,对这两个参量的 式辐射1.观测上发现大部分TDE爆发时其软X射线测量是进行许多其他研究的基础.TDE的观测性质提 的峰值光度可以达到10“ergs-,随后其光度随着时供了几种测量黑洞质量的方法:在假设爱丁顿吸积的 间大体按照L∝15的规律衰减,整个耀发的过程可以情况下,可以利用TDE的峰值光度测量该事件中黑洞 持续几个月甚至几年 的质量;通过测量一些TDE中发现的QPO的频率也可 TDE的研究对于进一步理解一些基本的天文学问以计算黑洞质量;另外还可以通过计算TDE的X射线 题具有重要的意义这里主要阐述以下几点 光变幅度计算黑洞质量.黑洞自旋的测量则更为困难 1)“是否每个星系中都存在一个大质量黑洞?”这目前测量超大质量黑洞自旋主要是利用AGN的X射线 是天文学中的一个基本问题.一方面,对于近邻的星能谱中观测到的宽铁线黑洞的自旋是与黑洞的并 系的研究发现,星系中心黑洞的性质与其所在的宿主合和吸积历史紧密联系的.假设不同的并合与吸积模 星系之间存在紧密的关系,另一方面观测上也发现,式,观测到的超大质量黑洞自旋的分布也将不同.通 中心黑洞的反馈机制对于从理论上解释观测到的星系过对黑洞自旋分布的研究可以帮助我们理解黑洞的质 的光度函数非常重要.因此,星系中心黑洞的存在对星量增长以及演化过程.最新的研究指出,通过对TDE的 系的形成和演化将会有重要影响.目前对于活动星系X射线光变曲线的完整和精细的观测,可以探测黑洞 中的中心大质量黑洞,可以通过观测黑洞吸积过程产自旋的广义相对论效应并限制黑洞自旋的分布,从 生的高能辐射探测.对于极少数(几十个)近邻的不活而为测量宁静星系中黑洞的自旋提供了有效的方法 动的黑洞,通过动力学方法可以探测其中心的超大质 4)宁静星系中心气体环境:宁静黑洞周围气体环 量黑洞.而对于大多数不活动的黑洞,这两种方法并境,以及其与活动黑洞周围气体环境的比较将对黑洞 不适用.探测和研究这些黑洞只能通过研究TDE的方在秒差距( Parsec尺度气体吸积过程以及核活动起源 法进行.在双黑洞星系中产生的TDE事件,其光变曲给出重要的启示受限于观测手段,目前这类研究只限 线具有不同的特征,可以利用TDE事件来寻找双黑于银河系和邻近的几个星系.TDE辐射峰值在远紫外 洞.综上,利用TD事件可以探测并积累较大的单黑和软X射线波段,当这些能量相对较高的光子照射到 洞以及双黑洞的样本.这对限制黑洞以及双黑洞的分周围的星际介质以及潮汐碎片、吸积盘外流气体时, 布状态、其在星系中所占比例以及宇宙演化等方面都会产生窄的和宽的紫外和光学发射线.同时,通过视线 将具有重要的意义,并帮助我们回答星系形成与演化方向上的气体时还会产生吸收线.探测并研究这些发 的历史、大质量黑洞的增长以及宇宙结构的形成演化射线和吸收线的性质可以帮助我们了解宁静黑洞在秒 等问题 差距尺度上的气体环境 2)研究吸积和喷流:TDE事件经历了完整的吸积 黑洞潮汐瓦解恒星的理论在20世纪70-80年代就 过程,从开始到结束,吸积率跨越了多个数量级,对应已提出.理论预言的该事件耀发时的峰值频率很可 不同的吸积态,为研究大质量黑洞的吸积过程提供了能在紫外和软X射线波段,而第1例相对可靠的TDE事 理想的实验室.喷流是天体物理中的重要现象,从X射件正是由工作在软X射线波段01-24keV的 ROSAT卫 线双星到AGN都观测到了喷流结构喷流很有可能是星在宁静星系NGC5905中所发现的·.后续又从 AGN反馈机制中的一种,理解喷流的性质对于研究黑 ROSAT的数据中发现了4例可能的TDE,其光变 039503-2 ownloadedtoIp:223.0.13.174On:2020-03-1011:25:21http://enginescichina.com/doi/10.1360/sspma2017-00268
1 引言 尽管缺乏充足的观测证据, 目前人们认为星系中 心普遍存在一个大质量黑洞. 当恒星靠近这些黑洞附 近, 进入到黑洞的潮汐瓦解半径之内时, 作用于恒星 的潮汐引力将超过恒星的自引力, 恒星会被潮汐瓦解 (Tidal Disruption Events, TDE). 这个过程中大约有一 半的瓦解物质会回落并被黑洞吸积, 产生可以达到活 动星系核(Active Galactic Nuclei, AGN)的光度的爆发 式辐射[1,2]. 观测上发现大部分TDE爆发时其软X射线 的峰值光度可以达到1044 erg s −1 , 随后其光度随着时 间大体按照L∝t −5/3的规律衰减, 整个耀发的过程可以 持续几个月甚至几年. TDE的研究对于进一步理解一些基本的天文学问 题具有重要的意义. 这里主要阐述以下几点: 1) “是否每个星系中都存在一个大质量黑洞?”这 是天文学中的一个基本问题. 一方面, 对于近邻的星 系的研究发现, 星系中心黑洞的性质与其所在的宿主 星系之间存在紧密的关系[3,4]; 另一方面观测上也发现, 中心黑洞的反馈机制对于从理论上解释观测到的星系 的光度函数非常重要. 因此, 星系中心黑洞的存在对星 系的形成和演化将会有重要影响. 目前对于活动星系 中的中心大质量黑洞, 可以通过观测黑洞吸积过程产 生的高能辐射探测. 对于极少数(几十个)近邻的不活 动的黑洞, 通过动力学方法可以探测其中心的超大质 量黑洞. 而对于大多数不活动的黑洞, 这两种方法并 不适用. 探测和研究这些黑洞只能通过研究TDE的方 法进行. 在双黑洞星系中产生的TDE事件, 其光变曲 线具有不同的特征[5], 可以利用TDE事件来寻找双黑 洞. 综上, 利用TDE事件可以探测并积累较大的单黑 洞以及双黑洞的样本. 这对限制黑洞以及双黑洞的分 布状态、其在星系中所占比例以及宇宙演化等方面都 将具有重要的意义, 并帮助我们回答星系形成与演化 的历史、大质量黑洞的增长以及宇宙结构的形成演化 等问题. 2) 研究吸积和喷流: TDE事件经历了完整的吸积 过程, 从开始到结束, 吸积率跨越了多个数量级, 对应 不同的吸积态, 为研究大质量黑洞的吸积过程提供了 理想的实验室. 喷流是天体物理中的重要现象, 从X射 线双星到AGN都观测到了喷流结构. 喷流很有可能是 AGN反馈机制中的一种, 理解喷流的性质对于研究黑 洞与星系的共同演化具有重要的意义. 具有喷流的 TDE涵盖了喷流产生和能量耗散的全过程, 且包含了 中心黑洞活动的信息, 例如Sw J1644+57的喷流以及 其X射线光变中发现的准周期震荡(Quasi-Periodic Oscillation, QPO), 反映了黑洞周围的吸积过程及广义相 对论效应[6–8], 因此是我们研究吸积过程、喷流物理和 中心黑洞性质的“天体实验室”. 3) 黑洞的性质和参数: 黑洞的质量与自旋是天体 物理研究黑洞的最基本的两个参量, 对这两个参量的 测量是进行许多其他研究的基础. TDE的观测性质提 供了几种测量黑洞质量的方法: 在假设爱丁顿吸积的 情况下, 可以利用TDE的峰值光度测量该事件中黑洞 的质量; 通过测量一些TDE中发现的QPO的频率也可 以计算黑洞质量; 另外还可以通过计算TDE的X射线 光变幅度计算黑洞质量. 黑洞自旋的测量则更为困难, 目前测量超大质量黑洞自旋主要是利用AGN的X射线 能谱中观测到的宽铁线[9]. 黑洞的自旋是与黑洞的并 合和吸积历史紧密联系的. 假设不同的并合与吸积模 式, 观测到的超大质量黑洞自旋的分布也将不同. 通 过对黑洞自旋分布的研究可以帮助我们理解黑洞的质 量增长以及演化过程. 最新的研究指出, 通过对TDE的 X射线光变曲线的完整和精细的观测, 可以探测黑洞 自旋的广义相对论效应并限制黑洞自旋的分布[10], 从 而为测量宁静星系中黑洞的自旋提供了有效的方法. 4) 宁静星系中心气体环境: 宁静黑洞周围气体环 境, 以及其与活动黑洞周围气体环境的比较将对黑洞 在秒差距(Parsec)尺度气体吸积过程以及核活动起源 给出重要的启示. 受限于观测手段, 目前这类研究只限 于银河系和邻近的几个星系. TDE辐射峰值在远紫外 和软X射线波段, 当这些能量相对较高的光子照射到 周围的星际介质以及潮汐碎片、吸积盘外流气体时, 会产生窄的和宽的紫外和光学发射线. 同时, 通过视线 方向上的气体时还会产生吸收线. 探测并研究这些发 射线和吸收线的性质可以帮助我们了解宁静黑洞在秒 差距尺度上的气体环境[11–13]. 黑洞潮汐瓦解恒星的理论在20世纪70–80年代就 已提出[1,2]. 理论预言的该事件耀发时的峰值频率很可 能在紫外和软X射线波段, 而第1例相对可靠的TDE事 件正是由工作在软X射线波段0.1–2.4 keV的ROSAT卫 星在宁静星系NGC 5905中所发现的[14,15]. 后续又从 ROSAT的数据中发现了4例可能的TDE[16–20], 其光变 刘柱等. 中国科学: 物理学 力学 天文学 2018 年 第 48 卷 第 3 期 039503-2 Downloaded to IP: 223.0.13.174 On: 2020-03-10 11:25:21 http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSPMA2017-00268
刘柱等.中国科学:物理学力学天文学2018年第48卷第3期 曲线如图1(a)和(b)所示.利用目前在轨运行的X射线望 在光学紫外波段,利用 GALEX,SDSS, ASASSN 远镜( XMM-Newton, Chandra和 Swift)数据,在X射线能以及Pan- STARRS等巡天项目的数据,寻找到了大约24 段又探测到大约15个新的TDE候选体(图1(c)(e)例可能的TDE的候选体 表1列出了目前已知的X射线TDE候选体.总体来说, Swi卫星的BAT探测器(15-150keV)在2011年发 观测到的事例还非常少,而且大多数的观测采样覆盖现了1例非常奇特的TDE候选体SwJ644+57.其各向 严重不足 同性峰值光度达到3×10egs,比典型TDE的X射线 ROSAT TDES NGC 5905. R236 RXJ1624+75 681012 2005 Time(a) Date 200320042005200620072008 200320042005200620072008 10000 >N 9952000200520102015 图1(网络版彩图)(a) ROSAT探测到的TDE的光变曲线,取自文献[21(b)TDE候选事例TDXF1347-3254的光变曲线,(c), d) XMM-Newton探测到的TDE候选事例NGC3599和 SDSS JI323+4827的光变曲线P,(e)TDE候选事例 WINGS J348的 XMM-Newton和 Chand观测到的光变曲线,(一例可能在双黑洞系统中产生的TDE的光变曲线,取自文献49]实线或虚 线代表的是服从Lx的光变曲线,(中的红色曲线代表的是双黑洞中TDE的光变曲线 Figure 1( Color online)(a) Light curves for ROSAT detected TDEs, adopted from ref. [24]. Credit: Komossa 2004, Cambridge Univer oduced with permission from Cambridge University Press. (b)Light curve for TDEXF 1347-3254 Credit: Cappelluti et 495, 19, 2009, reproduced with permission C ESO. (c)and(d) Light curves for XMM-Newton detected TDE candidates NGC 623+3827, respectively, adopted from ref.[24]. Credit: Esquejet al. 2008, Astron Astrophys, 489, 54, 2008, reproduced with permission e ESO.(e)XMM-Newton and Chandra light curves for WINGS J1348. Credit: Maksym et al. MNRAS, 2013, 435, 1904-1927, reproduced with permission o OUP.(f) Light curve of a possible TDE in a black hole binary system, adopted from ref [49). The solid and/or dashed curves show the ght curves which follow Locr, while the red curve in(f shows a light curve of a TDE in a binary black hole system 039503-3 ownloadedtoIp:223.0.13.174On:2020-03-1011:25:21http://enginescichina.com/doi/10.1360/sspma2017-00268
曲线如图1(a)和(b)所示. 利用目前在轨运行的X射线望 远镜(XMM-Newton, Chandra和Swift)数据, 在X射线能 段又探测到大约15个新的TDE候选体[21–37](图1(c)–(e)). 表1列出了目前已知的X射线TDE候选体. 总体来说, 观测到的事例还非常少, 而且大多数的观测采样覆盖 严重不足. 在光学紫外波段, 利用GALEX, SDSS, ASASSN 以及Pan-STARRS等巡天项目的数据, 寻找到了大约24 例可能的TDE的候选体[37–45]. Swift卫星的BAT探测器(15–150 keV)在2011年发 现了1例非常奇特的TDE候选体Sw J1644+57. 其各向 同性峰值光度达到3×1048 erg s −1 , 比典型TDE的X射线 图 1 (网络版彩图) (a) ROSAT探测到的TDE的光变曲线, 取自文献[21]; (b) TDE候选事例TDXF 1347-3254的光变曲线[19]; (c), (d) XMM-Newton探测到的TDE候选事例NGC 3599和SDSS J1323+4827的光变曲线[24]; (e) TDE候选事例WINGS J1348的 XMM-Newton和Chandra观测到的光变曲线[28]; (f) 一例可能在双黑洞系统中产生的TDE的光变曲线, 取自文献[49]. 实线或虚 线代表的是服从L∝t −5/3的光变曲线, (f)中的红色曲线代表的是双黑洞中TDE的光变曲线 Figure 1 (Color online) (a) Light curves for ROSAT detected TDEs, adopted from ref. [24]. Credit: Komossa 2004, Cambridge University Press, P45-48, reproduced with permission from Cambridge University Press. (b) Light curve for TDEXF 1347-3254[19]. Credit: Cappelluti et al., Astron Astrophys, 495, L9, 2009, reproduced with permission © ESO. (c) and (d) Light curves for XMM-Newton detected TDE candidates NGC 3599 and SDSS J1323+3827, respectively, adopted from ref. [24]. Credit: Esquej et al. 2008, Astron Astrophys, 489, 54, 2008, reproduced with permission © ESO. (e) XMM-Newton and Chandra light curves for WINGS J1348[28]. Credit: Maksym et al. MNRAS, 2013, 435, 1904–1927, reproduced with permission © OUP. (f) Light curve of a possible TDE in a black hole binary system, adopted from ref. [49]. The solid and/or dashed curves show the light curves which follow L∝t −5/3, while the red curve in (f) shows a light curve of a TDE in a binary black hole system. 刘柱等. 中国科学: 物理学 力学 天文学 2018 年 第 48 卷 第 3 期 039503-3 Downloaded to IP: 223.0.13.174 On: 2020-03-10 11:25:21 http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSPMA2017-00268
刘柱等.中国科学:物理学力学天文学2018年第48卷第3期 表1目前在X射线波段探测到的TDE候选体 Table 1 TDE candidates that are detected at X-ray band 探测设备 参考文献 NGC 5905 ROSAT ROSAT RXJ624+7554 17 RXJ420+5334 ROSAT 8] NGC 3599 J1323+4827 XMM-Newton 21,24] ROSAT SDSS J1311-0123 0.195 Chandra 2XMMi1847-6317 SDSS J1201+3003 0.146 XMM-Newton WINGS J1348 Chandra 3XMMJ1521+0749 29 XMM-Newton XMMSLI JO740-8539 0.017 XMM-Newton 31 3XMMJ500+0154 0.145 XMM-Newton 32] 0.353 Swift j2058+0516 Swift j1112-8238 a) ASASSN14为光学发现并在射电波段探测到外流的TDE,在后随观测中探测到X射线辐射 辐射亮几个量级.后续的多波段观测和研究揭示这是不足)另外,对于大样本TDE候选体紫外性质的研究 类新的TDE,其非热辐射来自指向我们的相对论性发现,X射线强的TDE没有紫外宽吸收线,而X射线弱 喷流.SwJ644+57是发现的第一个这类TDE,之的源具有紫外宽吸收线特征,这暗示许多光学TDE候 后又发现了另外2个可能的具有喷流的TDE候选体:选体的X射线很弱或者没有探测到X射线辐射的部分 SwJ2058+05和SwJ21+823853 原因是外流的遮挡.在观测到的近40多个TDE中,只 SDsS JI1013602+300305.5是另一个特殊的TDE发现3例具有喷流性质的TDE候选体,1例可能产生于 事件,分析发现其Ⅹ射线光变曲线出现断裂式(天至周中等质量黑洞中的TDE候选体以及1例可能产生于 之内)的大幅度(数十倍)下跌(其光变曲线见图1(),中心为双黑洞的TDE候选体.因此在统计上尚不能 与发生在双黑洞中的TDE事件所预期的光变特征符合对许多关键性科学问题作出解答,如喷流的形成机 得很好详细的分析认为在其中心是相距仅毫秒差制、中等质量黑洞的存在和数目、双黑洞的比例及其 距的双黑洞.这是首次在正常星系中发现双黑洞,为并合速率等 观测正常星系中的双黑洞开辟出了方法 爱因斯坦探针 Einstein probe,EP)卫星是一颗 综上所述,目前一共探测到约40多例可能的TDE面向未来时域天文学和高能天体物理、用于全天软X 事件凹3.这其中约一半是在x射线波段探测到的(约射线暂现源探测和变源监测的天文科学探测卫星.EP 20例,见表1),样本数量依然较少.这主要是由于缺乏的有效载荷包括一台大视场(60°×60°)的软Ⅹ射线 大视场高灵敏度的X射线望远镜,以及及时的后随观(0.5-4keV)望远镜(WXT)和一台后随X射线望远镜 测数据(目前绝大部分X射线TDE的观测数据采样覆盖(FXT).WXT的探测灵敏度比以往和目前的大视场X射 039503-4 ownloadedtoIp:223.0.13.174On:2020-03-1011:25:21http://enginescichina.com/doi/10.1360/sspma2017-00268
辐射亮几个量级. 后续的多波段观测和研究揭示这是 一类新的TDE, 其非热辐射来自指向我们的相对论性 喷流[33,34]. Sw J1644+57是发现的第一个这类TDE, 之 后又发现了另外2个可能的具有喷流的TDE候选体: Sw J2058+05和Sw J1112+8238[35,36]. SDSS J120136.02+300305.5是另一个特殊的TDE 事件, 分析发现其X射线光变曲线出现断裂式(天至周 之内)的大幅度(数十倍)下跌[48](其光变曲线见图1(f)), 与发生在双黑洞中的TDE事件所预期的光变特征符合 得很好[5]. 详细的分析认为在其中心是相距仅毫秒差 距的双黑洞. 这是首次在正常星系中发现双黑洞, 为 观测正常星系中的双黑洞开辟出了方法. 综上所述, 目前一共探测到约40多例可能的TDE 事件[22,37]. 这其中约一半是在X射线波段探测到的(约 20例, 见表1), 样本数量依然较少. 这主要是由于缺乏 大视场高灵敏度的X射线望远镜, 以及及时的后随观 测数据(目前绝大部分X射线TDE的观测数据采样覆盖 不足). 另外, 对于大样本TDE候选体紫外性质的研究 发现, X射线强的TDE没有紫外宽吸收线, 而X射线弱 的源具有紫外宽吸收线特征, 这暗示许多光学TDE候 选体的X射线很弱或者没有探测到X射线辐射的部分 原因是外流的遮挡[49]. 在观测到的近40多个TDE中, 只 发现3例具有喷流性质的TDE候选体, 1例可能产生于 中等质量黑洞中的TDE候选体[28]以及1例可能产生于 中心为双黑洞的TDE候选体[48]. 因此在统计上尚不能 对许多关键性科学问题作出解答, 如喷流的形成机 制、中等质量黑洞的存在和数目、双黑洞的比例及其 并合速率等. 爱因斯坦探针[50](Einstein Probe, EP)卫星是一颗 面向未来时域天文学和高能天体物理、用于全天软X 射线暂现源探测和变源监测的天文科学探测卫星. EP 的有效载荷包括一台大视场(60°×60°)的软X射线 (0.5–4 keV)望远镜(WXT)和一台后随X射线望远镜 (FXT). WXT的探测灵敏度比以往和目前的大视场X射 表 1 目前在X射线波段探测到的TDE候选体a) Table 1 TDE candidates that are detected at X-ray band TDE候选体 红移 探测设备 参考文献 NGC 5905 0.011 ROSAT [14,15] RX J1242-1119 0.05 ROSAT [16] RX J1624+7554 0.064 ROSAT [17] RX J1420+5334 0.147 ROSAT [18] NGC 3599 0.003 XMM-Newton [21,24] SDSS J1323+4827 0.087 XMM-Newton [21,24] TDXF 1347-3254 0.037 ROSAT [19] SDSS J1311-0123 0.195 Chandra [25] 2XMMi 1847-6317 0.035 XMM-Newton [26] SDSS J1201+3003 0.146 XMM-Newton [27] WINGS J1348 0.062 Chandra [28] RBS1032 0.026 ROSAT [20] 3XMM J1521+0749 0.179 XMM-Newton [29] XMMSL1 J0630-6031 - XMM-Newton [30] XMMSL1 J0740-8539 0.0173 XMM-Newton [31] 3XMM J1500+0154 0.145 XMM-Newton [32] Swift J1644+57 0.353 Swift [33,34] Swift J2058+0516 1.186 Swift [35] Swift J1112-8238 0.89 Swift [36] ASASSN-14li* 0.0206 Swift [38] a) ASASSN-14li为光学发现并在射电波段探测到外流[46,47]的TDE, 在后随观测中探测到X射线辐射 刘柱等. 中国科学: 物理学 力学 天文学 2018 年 第 48 卷 第 3 期 039503-4 Downloaded to IP: 223.0.13.174 On: 2020-03-10 11:25:21 http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSPMA2017-00268