VLA Observations Confirm AT 2023mfm as an Off-nuclear Tidal Disruption Event

Résumé technique : Les observations du VLA confirment que l'AT 2023mfm est un événement de rupture de marée hors-noyau

Problématique et contexte
Bien que la plupart des galaxies massives hébergent des trous noirs massifs (MBH) centraux, les modèles théoriques prédisent que des MBH peuvent résider hors du noyau en raison de fusions de galaxies, de recul par ondes gravitationnelles ou d'interactions à trois corps. Ces MBH déplacés peuvent produire des événements de rupture de marée (TDE) hors-noyau lorsqu'ils dispersent des étoiles vers leurs rayons de marée. Bien que plusieurs candidats de TDE hors-noyau aient été identifiés dans les relevés X et optiques (par exemple, 3XMM J215022.4-055108, AT 2024tvd, AT 2025abcr), confirmer leur nature hors-noyau et les distinguer de coïncidences sur la ligne de visée ou de transitoires non liés reste un défi. Une imagerie radio à haute résolution est nécessaire pour résoudre spatialement le transitoire par rapport au noyau de la galaxie hôte et valider ces candidats.

Méthodologie
Les auteurs ont mené une analyse astrométrique systématique des TDE signalés afin d'identifier des candidats hors-noyau de haute confiance. Pour l'AT 2023mfm, découvert initialement par le Zwicky Transient Facility (ZTF) le 28 juin 2023, l'équipe a comparé les positions des transitoires aux centroïdes archivés des galaxies hôtes provenant du Sloan Digital Sky Survey (SDSS), de Pan-STARRS1 (PS1) et des DESI Legacy Imaging Surveys (LS). Les sources séparées du centroïde de l'hôte par plus du seuil astrométrique empirique spécifique à l'instrument ont été signalées comme candidates.

Pour confirmer la nature de l'AT 2023mfm, les auteurs ont utilisé le VLA (Very Large Array) de la NSF Karl G. Jansky en configuration A. Les observations ont été effectuées le 11 avril 2026 (1018 jours après la découverte) dans la bande C (6 GHz), avec des détections supplémentaires dans les bandes X (10 GHz), Ku (15 GHz), L (1,5 GHz) et S (3 GHz). Les données ont été réduites à l'aide du package Common Astronomy Software Applications (CASA) et imagées avec tclean. Les positions et les densités de flux des sources ont été mesurées via imfit, en ajustant des Gaussiennes elliptiques fixées à la taille du faisceau synthétique. Les incertitudes de position absolue incluaient un terme systématique conservateur de 0,0515″ ajouté en quadrature aux erreurs statistiques.

Résultats clés

1. Résolution de sources doubles : L'image VLA à haute résolution en bande C (6 GHz) a résolu deux sources ponctuelles radio distinctes séparées de $0,651 \pm 0,036''$ ($1,06 \pm 0,06$ kpc à $z=0,087$).
   • Source nord-ouest : Cohérente avec le noyau de la galaxie hôte (approximé par les centroïdes SDSS/PS1/LS). Elle présente une densité de flux de $60 \pm 6$ µJy et une luminosité de $\nu L_\nu = (6,8 \pm 0,7) \times 10^{37}$ erg s$^{-1}$. Elle est détectée dans les bandes C, X et Ku avec un indice spectral de $0,25 \pm 0,13$, ce qui est cohérent avec une émission de type AGN compact.
   • Source sud-est : Cohérente avec la position optique du TDE de ZTF. Elle présente une densité de flux de $46 \pm 9$ µJy et une luminosité de $\nu L_\nu = (5,2 \pm 1,0) \times 10^{37}$ erg s$^{-1}$. Elle est détectée dans les bandes C et X, et détectée de manière ténue dans la bande Ku ($\gtrsim 3\sigma$).
2. Confirmation astrométrique : La source radio sud-est s'aligne avec la position optique du TDE à $1\sigma$ près des incertitudes, tandis que la source nord-ouest s'aligne avec le noyau de l'hôte. La séparation est nettement supérieure à l'ellipse de position du transitoire dérivée des données ZTF à $3\sigma$.
3. Vérifications de contamination : Les auteurs ont exclu la contamination par des transitoires non liés en :
   • Comparant les positions des bosses optiques pré- et post-événement dans la courbe de lumière de ZTF, trouvant une différence négligeable ($0,057''$).
   • Effectuant une recherche de $5''$ autour de la source radio hors-noyau, qui n'a révélé aucun autre signalement ZTF ou transitoire rapporté par le TNS.
4. Propriétés de l'hôte : La galaxie hôte possède une masse stellaire de $\sim 10^{10,7} - 10^{11,0} M_\odot$, ce qui est cohérent avec les hôtes massifs et vieux d'autres TDE hors-noyau connus. L'imagerie d'archive suggère une histoire riche en marées/fusions avec des structures possibles de type nain/satellite.

Signification et affirmations
L'article affirme que ces observations du VLA confirment définitivement l'AT 2023mfm comme un TDE hors-noyau. La résolution spatiale des sources radio démontre que le transitoire est physiquement déplacé par rapport au noyau de l'hôte, validant ainsi le statut de candidat dérivé de l'astrométrie optique.

Les auteurs soutiennent que les données favorisent une origine par fusion mineure pour le MBH déplacé, plutôt qu'un recul par ondes gravitationnelles du trou noir central. Cette conclusion repose sur :

• La présence d'une source nucléaire compacte de type AGN, impliquant que le trou noir central reste en place.
• La luminosité optique de crête relativement faible ($\sim 2 \times 10^{43}$ erg s$^{-1}$), qui suggère une masse de MBH plus faible que celle attendue pour la masse stellaire totale de la galaxie, ce qui est cohérent avec un MBH satellite qui ne s'est pas encore fusionné avec le noyau central.

L'étude souligne la puissance de l'imagerie radio à haute résolution pour valider les candidats TDE hors-noyau et révéler des MBH hors-noyau cachés, contribuant à l'échantillon croissant de ces événements qui lient les transitoires individuels aux histoires d'assemblage des galaxies et des MBH.