A black hole can launch a powerful relativistic jet after it tidally disrupts a star. If this jet fortuitously aligns with our line of sight, the overall brightness is Doppler boosted by several orders of magnitude. Consequently, such on-axis relativistic tidal disruption events have the potential to unveil cosmological (redshift z > 1) quiescent black holes and are ideal test beds for understanding the radiative mechanisms operating in super-Eddington jets. Here we present multiwavelength (X-ray, UV, optical and radio) observations of the optically discovered transient AT 2022cmc at z = 1.193. Its unusual X-ray properties, including a peak observed luminosity of ≳1048 erg s−1, systematic variability on timescales as short as 1,000 s and overall duration lasting more than 30 days in the rest frame, are traits associated with relativistic tidal disruption events. The X-ray to radio spectral energy distributions spanning 5–50 days after discovery can be explained as synchrotron emission from a relativistic jet (radio), synchrotron self-Compton (X-rays) and thermal emission similar to that seen in low-redshift tidal disruption events (UV/optical). Our modelling implies a beamed, highly relativistic jet akin to blazars but requires extreme matter domination (that is, a high ratio of electron-to-magnetic-field energy densities in the jet) and challenges our theoretical understanding of jets. By modelling the radio, optical, UV and X-ray data of the unusually bright cosmological explosion AT 2022cmc, Pasham et al. argue for the presence of a highly collimated jet moving at ≳99.99% the speed of light.

X-ray quasi-periodic eruptions (QPEs) are intense soft X-ray bursts from the nuclei of nearby low-mass galaxies typically lasting about one hour and repeating every few hours. Their physical origin remains a matter of debate, although so-called impact models appear promising. These models posit a secondary orbiting body piercing through the accretion disc around the primary supermassive black hole (SMBH) in an extreme mass-ratio inspiral (EMRI) system. In this work, we study the QPE timing properties of GSN 069, the first galactic nucleus in which QPEs have been identified. We primarily focus on observed minus calculated (O-C) diagrams. The O-C data in GSN 069 are consistent with a super-orbital modulation of several tens of days, whose properties do not comply with the impact model. We suggest that rigid precession of a misaligned accretion disc or, alternatively, the presence of a second SMBH forming a sub-milliparsec binary with the inner EMRI is needed to reconcile the model with the data. In both cases, the quiescent accretion disc emission should also be modulated on similar timescales. Current X-ray monitoring indicates that this might be the case, although a longer baseline of higher cadence observations is needed to confirm the tentative X-ray flux periodicity on firm statistical grounds. Future dedicated monitoring campaigns will be crucial for testing the overall impact-plus-modulation model in GSN 069 and to distinguish between the two proposed modulating scenarios. If our interpretation is correct, QPEs in GSN 069 represent the first electromagnetic detection of a short-period EMRI system in an external galaxy, paving the way to future multi-messenger astronomical observations. Moreover, QPEs encode unique information on SMBHs inner environments, which can be used to gain insights on the structure and dynamics of recently formed accretion flows and to possibly infer the presence of tight SMBH binaries in galactic nuclei.

Abstract X-ray binaries are known to launch powerful accretion disk winds that can have a significant impact on the binary systems and their surroundings. To quantify the impact and determine the launching mechanisms of these outflows, we need to measure the wind plasma number density, an important ingredient in the theoretical disk wind models. While X-ray spectroscopy is a crucial tool for understanding the wind properties, such as their velocity and ionization, in nearly all cases, we lack the signal-to-noise ratio to constrain the plasma number density, weakening the constraints on the outflow location and mass outflow rate. We present a new approach to determining this number density in the X-ray binary Hercules X-1, by measuring the speed of the wind ionization response to the time-variable illuminating continuum. Hercules X-1 is powered by a highly magnetized neutron star, pulsating with a period of 1.24 s. We show that the wind number density in Hercules X-1 is sufficiently high to respond to these pulsations by modeling the ionization response with the time-dependent photoionization model tpho . We then perform a pulse-resolved analysis of the best-quality XMM-Newton observation of Hercules X-1 and directly detect the wind response, confirming that the wind density is at least 10 12 cm −3 . Finally, we simulate XRISM observations of Hercules X-1 and show that they will allow us to accurately measure the number density at different locations within the outflow. With XRISM, we will rule out ∼3 orders of magnitude in density parameter space, constraining the wind mass outflow rate, energetics, and its launching mechanism.

Abstract Quasi-periodic eruptions (QPEs) are a recently identified class of X-ray transient associated with tidal disruption events by supermassive black holes, and for which there are multiple possible explanations. In this paper we present a simple model which requires the black hole be spinning, be misaligned with the accretion flow (both conditions of which are almost certainly met) and that the accretion rate is a few times the Eddington limit. We speculate that the resulting Lense-Thirring torques force the disc and entrained outflows to precess, leading to increased X-ray flux when the wind-cone is oriented at lower inclinations to the observer. We test the range of parameters for which this model could explain the period and brightness of the QPE events discovered thus far, and make qualitative comparisons between the observed X-ray spectra and lightcurves to those extracted from GR-RMHD simulations. Overall, we find some areas of promising concordance, and identify challenges related to the details of current simulations.