An Obscured Tidal Disruption Event Uncovered by Its Mid- and Near-Infrared Dust Echo in a Star-Forming Galaxy

Resumen Técnico: Un Evento de Disrupción de Marea Oculto Descubierto por su Eco de Polvo en Infrarrojo Medio y Cercano en una Galaxia con Formación Estelar

Enunciado del Problema
Las encuestas temporales ópticas han descubierto más de 200 eventos de disrupción de marea (TDE), sin embargo, estos eventos exhiben una distribución de galaxias anfitrionas desconcertante: están sobrerrepresentados en galaxias post-burst estelar, pero casi ausentes en galaxias normales con formación estelar. Esta discrepancia sugiere un posible sesgo de selección donde los TDE en galaxias con formación estelar están oscurecidos por polvo, volviéndolos invisibles para las encuestas ópticas. Aunque las encuestas de infrarrojo medio (MIR) han identificado candidatos potenciales a TDE oscurecidos mediante ecos de polvo, la naturaleza de la gran mayoría de estos candidatos permanece sin verificar debido a la falta de contrapartes ópticas y validación multi-longitud de onda. Este artículo aborda la necesidad de verificar la naturaleza de TDE de tales llamaradas infrarrojas y desarrollar herramientas para inferir sus propiedades intrínsecas en el ultravioleta (UV) para corregir el sesgo observado en la población de TDE.

Metodología
El estudio se centra en SDSS J010320.39+140152.5 (J0103+1401), una galaxia con formación estelar cercana ($z=0.04181$) seleccionada de la muestra de Erupciones en Infrarrojo Medio en Galaxias Cercanas (MIRONG). Los autores emplearon un enfoque integral multi-longitud de onda:

• Recopilación de Datos: Utilizaron datos archivados de WISE/NEOWISE (MIR), ASASSN, CRTS, ZTF y ATLAS (óptico), GALEX, SDSS, Pan-STARRS y UKIDSS (SED), y VLA/VLASS/RACS (radio).
• Observaciones de Seguimiento: Se realizaron nuevas observaciones utilizando el CFHT (imagen en NIR en bandas J, H, K), Palomar 5m (espectroscopía óptica) y Swift (rayos X).
• Técnicas de Análisis:
  • Sustracción de Imágenes: Se utilizó HOTPANTS para aislar el flujo transitorio de la galaxia anfitriona en las bandas MIR y NIR.
  • Análisis Espectral: Se ajustaron espectros ópticos con componentes estelares y de líneas de emisión estrechas utilizando PPXF para clasificar la galaxia anfitriona y buscar líneas anchas.
  • Modelado de SED: Se modeló la SED pre-lamarada con CIGALE para derivar propiedades de la anfitriona (masa estelar, tasa de formación estelar, masa del agujero negro).
  • Modelado de Eco de Polvo: Se aplicó un modelo de transferencia radiativa de polvo (Lu et al. 2016) a las curvas de luz MIR/NIR y SEDs para inferir las propiedades de la fuente primaria UV, teniendo en cuenta la sublimación del polvo y el reprocesamiento.

Resultados Clave

• Características del Transitorio: La luminosidad MIR de J0103+1401 aumentó rápidamente hasta un pico de $\sim 5.4 \times 10^{43}$ erg s$^{-1}$, se mantuvo alta durante $\sim$1 año y luego disminuyó. No se detectó variabilidad óptica en los datos de ASASSN, ZTF o ATLAS durante una base de tiempo de 20 años.
• Localización: El seguimiento en infrarrojo cercano ubicó la llamarada en el núcleo galáctico con un desplazamiento posicional de $\lesssim 100$ pc (límite superior de $3\sigma$).
• Propiedades Físicas:
  • La distribución espectral de energía (SED) en el infrarrojo es consistente con emisión térmica de polvo a temperaturas de $\sim 900$ K (pico) disminuyendo a $\sim 700$ K.
  • La galaxia anfitriona es un disco con formación estelar con una tasa de formación estelar (SFR) de $\sim 5-6$ M$_\odot$ yr$^{-1}$ y una masa de agujero negro supermasivo (SMBH) central de $\sim 10^7$ M$_\odot$.
  • Las observaciones de radio no muestran emisión transitoria; la SED de radio es consistente con la formación estelar. Las observaciones de rayos X solo arrojaron límites superiores ($L_X < 2.4 \times 10^{41}$ erg s$^{-1}$).
• Evento Primario Inferido: Utilizando el modelo de transferencia radiativa de polvo, los autores inferieron una llamarada primaria en UV con una luminosidad pico de $\sim (4-10) \times 10^{44}$ erg s$^{-1}$, una duración de $\sim 200$ días y una liberación total de energía de $\sim (0.9-2) \times 10^{52}$ erg. La energía total en el IR derivada de la integración de la curva de luz es de $\sim 5.1 \times 10^{51}$ erg.

Naturaleza del Transitorio
Los autores descartaron sistemáticamente explicaciones alternativas:

• Supernova (SN): Descartada debido a la posición centrada en el núcleo (la mayoría de las SN están descentradas), la energía total que excede a la de las SN típicas (aunque comparable a las SN súper luminosas raras, las propiedades de la anfitriona son inconsistentes) y la luminosidad pico en MIR que excede a las SN conocidas por un orden de magnitud.
• AGN de Aparición Cambiante (CLAGN): Desfavorecido porque la anfitriona no mostraba firmas de AGN pre-lamarada (sin líneas anchas, colores MIR azules), la amplitud de la llamarada ($\Delta W2 \approx 1.9$ mag) excede las variaciones típicas de CLAGN, y el tiempo de ascenso ($<0.5$ yr) es más rápido que las llamaradas típicas de CLAGN.
• TDE: El evento se identifica como un TDE oscurecido. Las escalas de tiempo, luminosidad, evolución de temperatura y energía total son consistentes con TDEs conocidos brillantes en IR (por ejemplo, Arp 299-B AT1). La falta de detección óptica implica una extinción significativa por polvo ($A_V \gtrsim 2-5$ magnitudes).

Significado y Afirmaciones
El artículo presenta a J0103+1401 como uno de los casos más convincentes hasta la fecha para la clase emergente de TDEs oscurecidos por polvo. Los autores afirman que:

1. Sesgo de Selección: La rareza de las detecciones ópticas de TDE en galaxias con formación estelar es probablemente un sesgo de selección causado por la oscurecimiento por polvo, en lugar de una diferencia física en las tasas de TDE.
2. Corrección de Población: Las muestras seleccionadas en IR son cruciales para descubrir la población "faltante" de TDE en entornos con formación estelar. La tasa de eventos estimada para estos TDE oscurecidos ($\sim 3 \times 10^{-5}$ gal$^{-1}$ yr$^{-1}$) es comparable a las tasas de TDE ópticas y de rayos X, lo que sugiere que la tasa intrínseca de TDE en galaxias con formación estelar podría no ser menor que en galaxias post-burst estelar.
3. Utilidad Metodológica: El estudio demuestra un método robusto para identificar TDEs oscurecidos mediante ecos de IR e inferir las propiedades intrínsecas en UV de la llamarada primaria, lo cual es esencial para construir una función de luminosidad en UV sin sesgos para los TDE.
4. Perspectiva Ambiental: La masa de polvo inferida ($\sim 10-140$ M$_\odot$) y el factor de cobertura a escala sub-parsec sugieren una evolución drástica del entorno nuclear en galaxias con formación estelar en comparación con galaxias pasivas, potencialmente impulsada por retroalimentación de la formación estelar o fusiones de galaxias.

Los autores concluyen que, aunque J0103+1401 proporciona evidencia sólida de TDEs oscurecidos, se requiere un análisis adicional de llamaradas de IR similares para determinar completamente la tasa de TDE en galaxias con formación estelar y comprender los mecanismos que impulsan la producción de TDE.