Stellar wind structures in the eclipsing binary system IGR J18027–2016

Fogantini, Federico A.; García, Federico; Combi, J. A.; Chaty, S.

doi:10.1051/0004-6361/202039088

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“…to findings by Fogantini et al (2021). This change in frequency is given by the following equation (Gong 2005):…”

Section: Timing Analysismentioning

confidence: 99%

A NuSTAR observation of the eclipsing binary system OAO 1657-415: The revival of the cyclotron line

Saavedra

Fogantini²,

Combi³

et al. 2022

A&A

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Context. OAO 1657-415 is an accreting X-ray pulsar with a high-mass companion that has been observed by several telescopes over the years, in different orbital phases. Back in 1999, observations performed with Beppo-SAX lead to the detection of a cyclotron-resonant-scattering feature, which has not been found again with any other instrument. A recent NuSTAR X-ray observation performed during the brightest phase of the source allows us to perform sensitive searches for cyclotron-resonant-scattering features in the hard X-ray spectrum of the source. Aims. We aim to characterise the source by means of temporal and spectral X-ray analysis, and to confidently search for the presence of cyclotron-resonant-scattering features. Methods. The observation was divided into four time intervals in order to characterise each one. Several timing analysis tools were used to obtain the pulse of the neutron star, and the light curves folded into the time intervals. The NuSTAR spectrum in the energy range 3–79 keV was used, which was modelled with a power-law continuum emission model with a high-energy cutoff. Results. We identify the pulsations associated with the source in the full observation, and find these to be shifted due to the orbital Doppler effect. We show evidence that a cyclotron line at 35.6 ± 2.5 keV is present in the spectrum. We use this energy to estimate the dipolar magnetic field at the pulsar surface to be 4.0 ± 0.2 × 1012 G. We further estimate a lower limit on the distance to OAO 1657-415 of ≃1 kpc. We also find a possible positive correlation between the luminosity and the energy associated with the cyclotron line. Conclusions. We conclude that the cyclotron line at 35.6 ± 2.5 keV is the same as that detected by Beppo-SAX. Our detection has a significance of ∼ 3.4σ.

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“…to findings by Fogantini et al (2021). This change in frequency is given by the following equation (Gong 2005):…”

Section: Timing Analysismentioning

confidence: 99%

A NuSTAR observation of the eclipsing binary system OAO 1657-415: The revival of the cyclotron line

Saavedra

Fogantini²,

Combi³

et al. 2022

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“…Los resultados presentados en este Capítulo fueron publicados en la revista Astronomy & Astrophysics (647, A75) bajo el título de Stellar wind structures in the eclipsing binary system IGR J18027-2016 (Fogantini et al, 2021), junto a mis directores Federico García y Jorge A. Combi (IAR, Argentina) y la colaboración del Prof. Sylvain Chaty (Université Paris Cité, Francia).…”

Section: Estructuras De Acreción En Un Sistema Binario Eclipsanteunclassified

Acreción en sistemas binarios de rayos X de gran masa

Fogantini

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En esta Tesis presentamos los resultados del estudio detallado de la fenomenología observada en la emisión de rayos X de tres sistemas binarios de rayos X de alta masa Galácticos, dos de ellos corresponden a estrellas de neutrones con compañeras supergigantes, y fuertemente absorbidos: IGR~J16320--4751 y IGR~J18027--2016; y el tercero, el famoso microquasar SS~433, en el que la naturaleza del objeto compacto es aún desconocida. Nuestros estudios se basan en el uso de datos astronómicos públicos de distintas misiones de rayos X (\xmm, \bat\ y \nustar), y fueron realizados con el propósito de comprender el comportamiento de la acreción asociada al objeto compacto a lo largo de distintas escalas temporales inherentes a estos sistemas, como su período orbital, o al período precesional de los chorros asociados, a través del análisis temporal y espectral de distintas cantidades físicas y geométricas. En el caso de IGR~J16320--4751, un sistema binario no eclipsante, el estudio del comportamiento orbital a través de la columna de absorción y su flujo en rayos X duros nos permitió determinar un conjunto de parámetros geométricos que caracterizan la órbita del sistema. Para ello recurrimos a un modelo donde la acreción se da a través de un viento estelar radiativo e isotrópico, logrando así determinar la excentricidad e inclinación de la órbita, así como también el argumento del periastro. IGR~J18027--2016 presenta una fenomenología diferente, siendo esta una fuente eclipsante. Propusimos que, para explicar las asimetrías presentes en la absorción y el flujo de rayos X duros respecto de la entrada y salida del eclipse, resulta necesario invocar la presencia de estelas de fotoionización y acreción asociadas al viento estelar, que deben permanecer de manera estable a lo largo de múltiples órbitas. El comportamiento de estos objetos puede interpretarse como manifestaciones diferentes de una misma fenomenología que depende fuertemente de la inclinación del sistema. Las estructuras del flujo de acreción están presentes en ambas fuentes, pero sólo son detectables en sistemas con una inclinación lo suficientemente alta. SS~433 es un microquasar Galáctico con chorros poderosos y un disco de acreción supercrítico precesante. Propusimos un modelo compuesto por dos chorros térmicos ópticamente delgados que a su vez iluminan un disco de acreción ópticamente grueso, produciendo tanto un espectro de reflexión neutra como relativista, y que ajusta muy bien los datos a lo largo de todas las fases precesionales en que fue observado. En este contexto, la luminosidad inferida de los chorros es capaz de explicar los altos grados de ionización obtenidos para las componentes de reflexión. Además, la alta absorción medida puede relacionarse con el ocultamiento de las zonas internas de los chorros por el denso viento del disco supercrítico. Nuestro análisis muestra que todas las variaciones observadas en los distintos parámetros geométricos y físicos pueden interpretarse por el simple cambio de la orientación de la fuente en el cielo, y que ésta se encuentra en un estado espectral estable. En los próximos años, la aplicación de técnicas combinadas de análisis temporal y espectral con misiones como {\em NICER}, complementadas por observaciones polarimétricas con {\em IXPE}, permitirán estudiar con detalles sin precedentes la naturaleza de estas fuentes, y tener así un entendimiento más profundo de los fenómenos de acreción, donde la materia esta sujeta a condiciones extremas.

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