Top Banner
ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA GAL.LÀXIA EN CONDICIONS EXTREMES LA GAL.LÀXIA EN CONDICIONS EXTREMES Glòria Sala Glòria Sala Grup d'Astronomia i Astrofísica Grup d'Astronomia i Astrofísica DFEN-EUETIB DFEN-EUETIB DFEN. 2 de Febrer de 2010. 
67

ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Aug 03, 2019

Download

Documents

vuongdiep
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES:

LA GAL.LÀXIA EN CONDICIONS EXTREMESLA GAL.LÀXIA EN CONDICIONS EXTREMES

Glòria SalaGlòria Sala

Grup d'Astronomia i AstrofísicaGrup d'Astronomia i Astrofísica

DFEN-EUETIBDFEN-EUETIB

DFEN. 2 de Febrer de 2010. 

Page 2: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Que veiem al cel? La nostra situació a la Galàxia

Page 3: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Que veiem al cel? La nostra situació a la Galàxia

Page 4: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Que veiem al cel? La nostra situació a la Galàxia

Page 5: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

El cel en llum visible i en altres longituds d'ona

Page 6: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Per què ens calen observatoris espacials?

Cal combinar observatoris terrestres i satèl.lits

Page 7: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Per què ens calen observatoris espacials?

Observatoris terrestres: radiotelespistelescopis optics i infrarroig properraigs gamma de molt altes energies (Cherenkov)

telescopis Cherenkov

MAGIC

telescopis òptics

VLT

Page 8: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Per què ens calen observatoris espacials?

Observatoris terrestres: radiotelescopistelescopis optics i infrarroig properraigs gamma de molt altes energies (Cherenkov)

radiotelescopistelescopis Cherenkov

MAGIC

Page 9: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Per què ens calen observatoris espacials?

Observatoris astronòmics espacials

IR: Spitzer (3-180 microns)

Page 10: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Per què ens calen observatoris espacials?

Observatoris astronòmics espacials

IR: Spitzer (3-180 microns)

Raigs GAMMA:INTEGRAL (15 keV – 10 MeV)Raigs X:

XMM-Newton (0.5 keV – 10 keV)

Page 11: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

OBJECTES COMPACTESOBJECTES COMPACTES

Page 12: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

COMPACT OBJECTS: fossiles of the stellar evolutionCOMPACT OBJECTS: fossiles of the stellar evolution

Page 13: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

COMPACT OBJECTS: fossiles of the stellar evolutionCOMPACT OBJECTS: fossiles of the stellar evolution

Main sequence stars

Page 14: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Evolució estel.lar: la vida dels estelsObjectes compactes: fossils de l'evolució estel.lar

SUN

Page 15: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

COMPACT OBJECTSCOMPACT OBJECTS

Page 16: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

OBJECTES COMPACTESOBJECTES COMPACTES

NANA BLANCA: • Estructura suportada per la pressió d'electrons degenerats.

• Massa màxima,  massa limit de Chandrasekhar: 1.4 masses solars

● Radi similar al de la Terra

Page 17: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

OBJECTES COMPACTESOBJECTES COMPACTES

• Massa: 1.4 – 2.1 masses solars● Radi:  uns 10 kms• Equació d'estat encara desconeguda, hi ha diversos models però cap confirmat =>

La determinacio observacional de M i R delimita la possible equació d'estat

Oezel, Nature 2005

Page 18: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

OBJECTES COMPACTESOBJECTES COMPACTES

FORAT NEGRE:

• Absència de superfície fisica.

• Massa superior a 3 masses solars en un radi inferior al seu radi de Schwarzschild: 2GM/c2

(3 km per cada massa solar)

Page 19: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

WHAT DO THEY LOOK LIKE?WHAT DO THEY LOOK LIKE?

1. Isolated compact objects:1. Isolated compact objects:

­ Thermal UV emission while cooling down after formation

Page 20: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

WHAT DO THEY LOOK LIKE?WHAT DO THEY LOOK LIKE?

1. Isolated white dwarfs1. Isolated white dwarfs

Page 21: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

WHAT DO THEY LOOK LIKE?WHAT DO THEY LOOK LIKE?

1. Isolated NS1. Isolated NS

­ Low magnetic field:thermal (blackbody) X­ray emission while cooling down. 

­ High magnetic field, MAGNETARS: non­thermal (synchrotron) emission arising from “starquakes” => X­ray and soft gammma­ray flares (SGRs)

.... but... only X­rays and gamma­rays?

Page 22: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

• Very fast optical variability, 0.3-0.4 s => emission region < 100 000 km.

• From X-ray data => located in our Galaxy

• Non- thermal emission => too fast variations of flux for thermal

“Swift J1955: Very fast optical flaring from a possible new magnetar”

Stefanescu, Kanbach, Slowikowska, Greiner, McBreen & Sala. Nature, 455, 503 (2008)

Magnetars: isolated NS with high magnetic fieldMagnetars: isolated NS with high magnetic field

Page 23: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Swift J1955 is probably the first individual of a new class of neutron star: an intermediate stage between

active SGRs (magnetars, young neutron stars) and dim isolated (old) neutron stars.

No other objects know in

the sky shows a similar

behaviour in the optical.

But the optical light curve

reminds of the X-ray light

curve of magnetars

SGR0501+4516. X-ray light curve (XMM/EPIC)

Rea et al. MNRAS 2009       in press (arXiv. 0904.2413)

Swift J1955: Optical light curve (OPTIMA)

Stefanescu et al. Nature 2008 

Stefanescu, Kanbach, Slowikowska, Greiner, McBreen & Sala. Nature, 455, 503 (2008)

Page 24: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

WHAT DO THEY LOOK LIKE?WHAT DO THEY LOOK LIKE?

1. Isolated compact objects:1. Isolated compact objects:

­ “Black”, no emission­ Can be detected in microlensing eventsOR If located in a BINARY SYSTEM

­ Low magnetic field; thermal X­ray emission while cooling down ­ High magnetic field, MAGNETARS: non­thermal X­ray flares

­ Thermal UV emission while colling down after formation

Page 25: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Compact objects in binary systems

Secondària

Primària

Black hole or neutron star

Page 26: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

X-ray binaries

Secondària

Primària

Black hole or neutron star

Binària de raigs X (X­ray binary)

­ fonts de raigs X més brillants del cel­ el disc d'acreció és el principal responsable de l'emissió de raigs X

Objecte compacte: estel de neutrons o forat negre

Estel secondari que li transfereix material ric en H, formant un disc d'acreció

Page 27: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Evolució estel.lar en estels binaris

Secondària

Primària

Segons la massa de l'estel primari:

 binàries amb forat negre (X­ray binary)

 binàries amb estrella de neutrons (X­ray binary)

 binàries amb nana blanca  (Cataclysmic variable)

compact objectSupernova o PN

Page 28: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Evolució estel.lar en estels binaris

Secondària

Primària

Segons la massa de l'estel primari:

 binàries amb forat negre

 binàries amb estrella de neutrons

 binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques)

compact objectSupernova o PN

Page 29: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Galactic X­ray binaries are the brightest X­ray sources in the sky

Contain a compact accreting object, either a neutron star or a black­hole

  Black­hole binaries Black­hole binaries 

Page 30: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

 

~20 contain dynamically confirmed stellar black holes (BHs).

other ~20 are black hole candidates (BHCs).

Most are X­ray transients, and many with only one Outburst detected!! 

Any new X­ray transient may be a new BHC!

Strategy:

Trigger XMM­Newton Target of Opportunity Observations (TOOs) of new X­ray transients 

(mainly based on RXTE/ASM monitoring) to identify new Black­hole candidates.

Black­hole binaries Black­hole binaries 

Page 31: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 32: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 33: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

Exponential decline with e­folding time of 27 days.

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 34: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

Exponential decline with e­folding time of 27 days.

Radio counter­part discovered, with steep spectrum and fading a factor 2.6 in 4 days (Rupen et al. ATel#717,#721)

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 35: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

Exponential decline with e­folding time of 27 days.

Radio counter­part discovered, with steep spectrum and fading a factor 2.6 in 4 days (Rupen et al. ATel#717,#721)

Infra­red counter­part with K=15.0 in outburst (D'Avanzo et al. ATel#724)

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 36: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

Exponential decline with e­folding time of 27 days.

Radio counter­part discovered, with steep spectrum and fading a factor 2.6 in 4 days (Rupen et al. ATel#717,#721)

Infra­red counter­part with K=15.0 in outburst (D'Avanzo et al. ATel#724)

Optical counter­part with g'=14.93 (Torres et al. Atel#733). g'­K colour supports low reddening to the source.

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 37: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

Exponential decline with e­folding time of 27 days.

Radio counter­part discovered, with steep spectrum and fading a factor 2.6 in 4 days (Rupen et al. ATel#717,#721)

Infra­red counter­part with K=15.0 in outburst (D'Avanzo et al. ATel#724)

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Optical counter­part with g'=14.93 (Torres et al. Atel#733). g'­K colour supports low reddening to the source.

INTEGRAL detection in 20­150 keV band (Shaw et al. ATel#734)

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 38: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Optical counter­part with g'=14.93 (Torres et al. Atel#733). g'­K colour supports low reddening to the source.

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

Exponential decline with e­folding time of 27 days.

Radio counter­part discovered, with steep spectrum and fading a factor 2.6 in 4 days (Rupen et al. ATel#717,#721)

Infra­red counter­part with K=15.0 in outburst (D'Avanzo et al. ATel#724)

INTEGRAL detection in 20­150 keV band (Shaw et al. ATel#734)

Swift­UVOT detection in UV: U=14.4, UVW2=14.9 (Steeghs et al. ATel#742)

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 39: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Optical counter­part with g'=14.93 (Torres et al. Atel#733). g'­K colour supports low reddening to the source.

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

Exponential decline with e­folding time of 27 days.

Radio counter­part discovered, with steep spectrum and fading a factor 2.6 in 4 days (Rupen et al. ATel#717,#721)

Infra­red counter­part with K=15.0 in outburst (D'Avanzo et al. ATel#724)

INTEGRAL detection in 20­150 keV band (Shaw et al. ATel#734)

Swift­UVOT detection in UV: U=14.4, UVW2=14.9 (Steeghs et al. ATel#742)

Chandra finds low absorption, ~1021 cm­2

(Miller et al. ATel#749)

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 40: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

Exponential decline with e­folding time of 27 days.

Radio counter­part discovered, with steep spectrum and fading a factor 2.6 in 4 days (Rupen et al. ATel#717,#721)

Infra­red counter­part with K=15.0 in outburst (D'Avanzo et al. ATel#724)

INTEGRAL detection in 20­150 keV band (Shaw et al. ATel#734)

Swift­UVOT detection in UV: U=14.4, UVW2=14.9 (Steeghs et al. ATel#742)

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Chandra finds low absorption, ~1021 cm­2

(Miller et al. ATel#749)

Optical counter­part with g'=14.93 (Torres et al. Atel#733). g'­K colour supports low reddening to the source.

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

Page 41: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Optical counter­part with g'=14.93 (Torres et al. Atel#733). g'­K colour supports low reddening to the source.

Maximum of 1.9 Crab on 28 January 2006.

Exponential decline with e­folding time of 27 days.

Radio counter­part discovered, with steep spectrum and fading a factor 2.6 in 4 days (Rupen et al. ATel#717,#721)

Infra­red counter­part with K=15.0 in outburst (D'Avanzo et al. ATel#724)

INTEGRAL detection in 20­150 keV band (Shaw et al. ATel#734)

Swift­UVOT detection in UV: U=14.4, UVW2=14.9 (Steeghs et al. ATel#742)

XTE J1817­330: a bright and soft X­ray transientXTE J1817­330: a bright and soft X­ray transient

Chandra finds low absorption, ~1021 cm­2

(Miller et al. ATel#749)

Discovered on 26 January 2006 with RXTE (Remillard et al. ATel#714) @ 0.93 (+/­0.03) Crab!!

 13 March 2006

 20 ks exposure

 0.3­10.0 keV

XMM­Newton ­ TOOXMM­Newton ­ TOO

Page 42: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

XTE J1817­330: XMM­Newton observation XTE J1817­330: XMM­Newton observation 

XMM­Newton: OM, EPIC­pn and RGS spectra

OM, U filterOM, UVW1 filter

EPIC­pn, Burst mode

RGS1, order 2

RGS1, order 1

EPIC­pn residuals

OM and RGS residuals

Sala et al . A&

A, 4 73, 561 ( 2007)

Page 43: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

XTE J1817­330: XMM­Newton observation XTE J1817­330: XMM­Newton observation 

EPIC­pn residuals

Spectral Model

Hot corona(CompTT, kTe=50keV)

τ=0.15(±0.02)Total absorbed modelNH=1.55(±0.05)×1021 cm­2

Thermal accretion disk, unabsorbed.

Contributes to UV and optical Thermal accretion disk(diskpn, Rin=6Rg, fixed)kTin=0.70(±0.01) keV

L (0.4­10keV)  @1kpc= 1.2(±0.1) ×1036  (D/1kpc)2 erg s­1

Column density is compatible with the average galactic column density:    minimum distance is 1 kpc

Sala et al . A&

A, 4 73, 561 ( 2007)

Models:  diskpn, Gierlinski et al 1999, MNRAS, 309, 496CompTT , Titarchuk 1994, ApJ, 434, 313 

Page 44: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

 Assuming it was at LEdd  at maximum in RXTE light­curve, corresponding L at time of XMM observation (a factor 6 fainter, 16% Ledd ).

 Assuming it was at a lower limit of 30% the LEdd  at maximum, corresponding L at time of XMM observations (5% Ledd ).

Sala et al . A&

A, 4 73, 561 ( 2007)

XTE J1817­330: mass constraint XTE J1817­330: mass constraint 

 

Assuming =1.7,        1.8M

⊙< M < 6M

Page 45: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Evolució estel.lar en estels binaris

Secondària

Primària

Segons la massa de l'estel primari:

 binàries amb forat negre

 binàries amb estrella de neutrons

 binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques)

compact objectSupernova o PN

Page 46: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars vs accreting black-holes

Neutron StarDonor Star(“normal” star)

Accretion Disk

­ Neutron stars can have strong magnetic fields

­ If  weak magnetic field:

­ Bright X­rays from accretion disk, like black­hole binaries, but can get closer to compact objects = > hotter

­ Has a physical surface where H­rich matter from donor accumulates => fresh fuel, when ignites => Type I X­ray burst

Page 47: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars

Neutron star X­ray binariesNeutron star X­ray binaries

X­ray pulsarsRegular pulses withperiods of 1­ 1000 s

High magnetic fields channel accretion flow on to magnetic poles

X­ray pulsarsRegular pulses withperiods of 1­ 1000 s

High magnetic fields channel accretion flow on to magnetic poles

X­ray burstersFrequent Outbursts of 10­100s durationwith lower, persistent X­ray flux inbetween

X­ray burstersFrequent Outbursts of 10­100s durationwith lower, persistent X­ray flux inbetween

Type I X­ray burstsTHERMONUCLEARBurst energy proportionalto duration of preceedinginactivity period

By far most of the bursters

Type I X­ray burstsTHERMONUCLEARBurst energy proportionalto duration of preceedinginactivity period

By far most of the bursters

Type II X­ray burstsSPASMODIC ACCRETIONBurst energy proportionalto duration of followinginactivity period

“Rapid burster” (also shows Type I)and GRO J1744­28 (Rapid Pulsar)

Type II X­ray burstsSPASMODIC ACCRETIONBurst energy proportionalto duration of followinginactivity period

“Rapid burster” (also shows Type I)and GRO J1744­28 (Rapid Pulsar)

weak magnetic field

strong magnetic field

Page 48: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars: Type I X-ray bursts

Unstable, explosive burning in bursts (release over short time)

Burst energythermonuclear

Persistent fluxgravitational energy

Type I X-ray BurstsType I X-ray Bursts

Page 49: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars: Type I X-ray bursts

Page 50: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars: Type I X-ray bursts

• 1036 ­1038  erg/s• duration 10 s – 100s• recurrence: hours­days• regular or irregular

Type I X-ray BurstsType I X-ray Bursts

For nuclesynthesis studies and hydrodynamical models see works by Jordi José, Anuj Parikh and Fermin Moreno

Page 51: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars: Type II X-ray bursts.The Rapid Burster in March 2009

Time of Swift observations

Sala, Haberl, Pietsch, José & Parikh (2009)

Page 52: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars: type II X-ray burstsThe Rapid Burster in March 2009

Sala, Haberl, Pietsch, José, Parikh. Atel 1969 (2009)

100 s

Type II X­ray bursts

X­r

ay fl

ux

Time  (seconds)

Page 53: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars: The Rapid Burster in March 2009

X­r

ay fl

ux

Time  (seconds)

Type I X­ray Burst with Photospheric Radius Expansion

Page 54: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars: The Rapid Burster in March 2009

X­r

ay fl

ux

Time  (seconds)

Type I X­ray Burst with Photospheric Radius Expansion

Photospheric expansion => radiation pressure causes expansion => Eddington limit luminosity for this Neutron Star Mass => 

MEASURE MASS

Page 55: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars: The Rapid Burster in March 2009

X­r

ay fl

ux

Time  (seconds)

Type I X­ray Burst with Photospheric Radius Expansion

Page 56: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Accreting neutron stars: The Rapid Burster in March 2009

X­r

ay fl

ux

Time  (seconds)

Type I X­ray Burst with Photospheric Radius Expansion

After peak photosphere receedes => back to NS surface => at “touch down”: photosphericradius = neutron star radius => 

MEASURE RADIUSSala, Haberk, José et al,  iIn preparation

Page 57: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Evolució estel.lar en estels binaris

Secondària

Primària

Segons la massa de l'estel primari:

 binàries amb forat negre

 binàries amb estrella de neutrons

 binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques)

compact objectSupernova o PN

Page 58: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

non-magnetic cataclysmic variable (CV)

magnetic CV:intermedate polar

Strong magnetic CV: polar

Page 59: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Classical novae

For nuclesynthesis studies and hydrodynamical models see works by Jordi José.

Page 60: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

X-ray emission from classical novae

1. SOFT (photon energy <1 keV):

- SOURCE: non-explosive H- burning in envelope left on the WD surface

- SPECTRUM: black-body-like, kTeff ~30-50 eV (Teff ~2-10×105 K)

- LUMINOSITY: L~105 X Solar ~ 1038 erg/s.

Ejected materialEjected material

WD2. HARD (photon energy 1-10 keV)

- SOURCE: shocks in expanding shell of ejecta

- SPECTRUM: thermal bremsstrahlung, kTeff ~ 1-10 keV

- LUMINOSITY: L~1033 erg/s.

3. HARD (photon energy 1-10 keV)

- SOURCE: hot accretion disk reestablished

- SPECTRUM: Thermal bremsstrahlung + fluorescent emission line from cold matterial

- LUMIINOSITY: L~1033-34 erg/s.

Page 61: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

ROSAT X-ray observations of V1974 Cyg (Krautter et al. 1996).

Rise due to decrease ofAbsorption => timescale related to ejected mass

Time  (days)

X­r

ay fl

uxExample 1. Soft X-ray emission due to hot atmosphere

(black-body-like spectrum).

Page 62: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

1. Soft X-ray emission due to hot atmosphere

(black-body-like spectrum).

(Krautter et al. 1996).

Rise due to decrease ofabsorption

Energy (10 eV)

X­r

ay fl

ux

Page 63: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

ROSAT X-ray observations of V1974 Cyg (Krautter et al. 1996).

Plateau, evolution path and duration related to white dwarf mass and envelope composition

Time  (days)

X­r

ay fl

ux1. Soft X-ray emission due to hot atmosphere

(black-body-like spectrum).

Final decay due to fuel exhaustion, related to envelope mass left on WD after outburst

Page 64: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

1. Soft X-ray emission due to hot atmosphere

(black-body-like spectrum).

Nova Cyg 1992(V1974 Cyg)

Comparison

of spectral evolution during

plateau and decay

with models

(Sala & Hernanz 2005a, A&A, 439, 1061)

provided limits on white dwarf mass

(0.9-1.0 Msun)

(Sala & Hernanz 2005b A&A, 439, 1057)

Page 65: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Nova Sgr 1998(V4633 Sgr)

Hard X-ray emission associated to the ejected material

(Hernanz & Sala 2007, The Astrophysical Journal, 664, 467)

Example 2. Hard X-ray emission due to schocked shell

(thermal bremsstrahlung spectrum)

WD

kT1

 kT2 kT3

Energy (keV)

X­r

ay fl

ux

Ejected Ejected materialmaterial

WD

Page 66: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Nova Oph 1998(V2487 Oph)

Fluorescence FeKα line,signature of accretion

disc => CV-like emission =>, accretion reestablished less than

1000 days after the nova explosion

Low THigh T

Fe Kα

Example 3. Hard X-rays due to accretion disk

(thermal bremsstrahlung spectrum)

Energy (keV)

X­r

ay fl

ux

(Hernanz & Sala 2002, Science 664, 467)

Page 67: ASTRONOMIA DE RAIGS X D'OBJECTES COMPACTES: LA … · binàries amb nana blanca (variables cataclísmiques) Supernova o PN compact object. Galactic Xray binaries are the brightest

Thank you for your attention...

... and enjoy your coffee.