Evolution Spectrale de la Source Transitoire et du Candidat Trou Noir XTE J1720-318 Marion Cadolle Bel (CEA-Saclay, France) J. Rodriguez, P. Sizun, A

Evolution Spectrale de la Source Transitoire et du Candidat Trou Noir

XTE J1720-318

Marion Cadolle Bel(CEA-Saclay, France)

J. Rodriguez, P. Sizun, A. Goldwurm, P. Goldoni, S. Corbel, J-P. Roques

4ème Semaine de l’Astrophysique française, SF2A juin 2004, Paris

17/06/04 Marion Cadolle BelEvolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318

Les Novae X, « Sources transitoires molles en X” Transitoire : sursauts X brillants, épisodiques

sursauts en visible/radio Binaire de faible masse

objet compact + compagnon de faible masse

Durée : semaines/mois, longues périodes de récurrence (années) Luminosité 1-10 keV : <1034 ergs s-1 état quiescent

>1035 ergs s-1 quand flux X ↑(Tanaka & Shibazaki 96, Chen et al. 97, Liu et al. 01)

Cibles prioritaires pour INTEGRAL- spectres très durs, évolution avec le taux d’accrétion- la plupart associées avec un trou noir (TN)


Découverte de XTE J1720-318

Découverte le 9 janvier 2003 avec RXTE/ASM (Remillard et al. 03)

Flux 2-12 keV :

130 ± 20 mCrab le 9 janvier

100 mCrab le 28 février

Observée avec XMM-Newton, INTEGRAL

30 mars: détectée avec IBIS/ISGRI au-dessus de 40 keV (Goldoni et al. 03)

Temps Universel (MJD)

52600 52700 52800 52900Tau

x d

e co

mp

tag

e A

SM

1,2

-12

keV

(cp

s/s)

0

10

20

30

Sursaut 10 janvier430 ± 40 mCrab


Contreparties IR et Radio

Détection IR à MK = 15,31 ± 0,03 le 18 janvier (Nagata et al. 2003)

Courbe de lumière décroissante, 2 pics secondaires IR corrélés avec X

-1er pic IR (29 janvier) 5 jours avant que X ↑

-2nd pic IR (17 février) ~ en même temps que X ↑

Couleurs compatibles avec un disque irradié

Forte extinction visible (AV ~ 8) : localisation probable au Centre Galactique

Détection radio avec VLA et ATCA (Rupen et al. 2003)

16 janvier : 4,9 ± 0,1 mJy à 4,9 GHz

α = 17h19m58s.985 δ = -31°45’01’’.109 ± 0’’,25 (J2000)

Radio et IR : positions cohérentes


Observations et Données analysées

20 févrierXMM-Newton/EPIC-PN : ToO de 20 ks

Du 28 février au 2 marsRXTE - PCA : 1 ks

INTEGRAL - JEM-X (3-35 keV) et IBIS/ISGRI (20-800 keV) : 176 ksdéplacement 5×5 (ToO)

Du 25 mars au 22 avril : vue par INTEGRAL, détectée parIBIS/ISGRI et SPI (20 keV-8 MeV) - 552 ks (dont 191 ks avec SPI *

- 175 ks (ToO sur H 1743)

Du 2 août au 16 octobre : vue par INTEGRAL, détectée parIBIS/ISGRI - 700 ks *

* balayage approfondi des régions centrales


Courbe de lumière IBIS/ISGRI 2003


Tau

x d

e co

mp

tag

e IB

IS/IS

GR

I (cp

s/s)

20-1

20 k

eV

0

2

6

4

-252700 5290052800

Orbites 46 à 122(fin février-mi octobre)

Pas temporel ~ 2 jours

2,1 mCrab

1,5 mCrab

36 mCrab


Chronologie des Observations XMM, RXTE et INTEGRAL

XMM RXTE


52644 52744 52844

Tau

x d

e co

mp

tag

e A

SM

1,2-

12 k

eV (

cps/

s)

Tau

x d

e co

mp

tag

e IB

IS/IS

GR

I20

-120

keV

(cp

s/s)

30

20

10

6

40

4

2

0

Découverte

TRANSITION


Spectre XMM (20 février)

Disque multicouleurs (corps noir) + loi de puissanceabsorbés

NH ~ 1,24 ± 0,02 ×1022 cm-2

kTin = 0,67 ± 0,01 keVα = 2,81 +0,60

χ2réd = 0,84 (ndl = 1062)

A 8 kpc, L 0,7-10 keV = 4,9 × 1037 ergs s-1

Disque représente ~ 85 % de la luminosité totale 2-100 keVRint = 48,7 ± 0,5 km (disque vu sous 60°)

Energie (keV)

no

rm c

ts/s

/keV

χ

1 2 5 10

02

-2

0.1

110

0.016 ks

2,5 % systématiques

-0,66


Spectres RXTE/PCA, INTEGRAL/JEM-X et IBIS/ISGRI (28 février-2 mars)

Même modèle

raie Fe à 6,70 ± 0,20 keV

kTin = 0,59 ± 0,01 keV

Rint = 85 +2 km

α = 2,72 +0,29

χ2réd = 0,97 (ndl = 72)

Spectre très mou L 2-100 keV = 2,5 × 1037 ergs s-1

Composante du disque ~ 93 % de la luminosité totale

L 20-200 keV = 2,2 × 1035 ergs s-1

T et Rint : légères évolutions

no

rm c

ts/s

/keV

0.001

1

10

0.01

100

0.1

Energie (keV)

20 50 100105

RXTE/PCA 1ksRXTE/PCA 1ks8 % systématiques

NH bloquée à la valeur de XMM

INT/JEM-X2INT/JEM-X221 ks21 ks INT/IBIS/ISGRIINT/IBIS/ISGRI

167 ks167 ksχ 0

2

-2

-4

-0,34


Contribution des composantes

0.001

1

0.01

0.1

5010 100Energie (keV)

E F

(E)

: ke

V/c

m-2/s

/keV

Disque multicouleurs

Modèle Total

Loi de puissance


Mosaïque du centre galactiqueorbites 58 à 61 (debut avril)

Coordonnées IBIS/ISGRI (J2000)

α = 17h19m58s,7δ = -31°44’43’’.7

17’’,7 : écart avec radio

S/B = 312S/B = 312S/B = 94S/B = 94

20-60 keV20-60 keV

Centre GalactiqueSgr A*



Tau

x d

e co

mp

tag

e IB

IS/IS

GR

I (cp

s/s)

20-1

20 k

eV

0

2

6

4

-252700 5290052800

Orbites 46 à 122 Pas temporel ~ 2 jours

Courbe de lumière détaillée et rapport de dureté IBIS/ISGRI

(fin mars-mi avril)T

aux

de

com

pta

ge

(cp

s/s)

20-

80 k

eV

Pas temporel ~ 1 jour

Pas temporel ~ 3 jours

Ind

ice

de

du

reté

20

-40/

40-8

0 ke

V

Orbites 55 à 63

6

4

2

1

0,8

0,6

0,4


52730 52735 52740 52745 52750

11 mCrab

34 mCrab

Courbe de lumière IBIS/ISGRI 2003


Spectres sommés des orbites 55 à 63(fin mars-mi avril)

SPI(rev 62,63 exclues)

IBIS/ISGRI8% systématiques

No

rm c

ts/s

/keV

χ

Energie (keV)

2

-2

0

0,0001

0,001

0,01

20 50 100 200 500α = 1,9 ± 0,1χ2

réd = 1,11 (ndl = 51)

Spectre bien plus dur relativement à fin févrierL 20-200 keV = 7 × 1036 ergs s-1

Loi de puissance


No

rm c

ts/s

/keV

χ

2

-2

0

0,0001

0,001

0,01

20

Energie (keV)

50 100 200 500

IBIS/ISGRI8% systématiques

SPI(rev 62,63 exclues)

kT = 43 +32 keV

τ = 2,7 ± 0,9χ2

réd = 0,99 (ndl = 50)

F-test nouvelle composante de « coupure » significative à 99,8 %

Comptonisation

-11

Spectres sommés des orbites 55 à 63(fin mars-mi avril)


Bilan de cette étude(Cadolle Bel et al. 04, soumis à A&A)

XTE J1720-318 : comportement typique de nova Xvariations d’éclat importantes

Transition spectrale : état mou puis dur (anticorrélation flagrante)- caractéristique des candidats TN- paramètres du disque différents entre XMM et RXTE/INTEGRAL

récession du disque ?XMM pendant maxi pic secondaire (vu par IR) : norme

changée ?- état dur : coupure à haute énergie ?paramètres de comptonisation typiques de l’état dur

Extinction déduite de l’IR cohérente avec notre estimation du NH

fortement obscurcie : localisée dans les régions centrales de la galaxie


Novae X observées dans le Bulbe Galactique

Novae X déjà observées (flux 1 Crabe-100 mCrabes)

KS 1730-312 ,GRS 1731-31, GRS 1739-278, H 1743-322,

XTE J1748-288, XTE J1755-324

2 novae vues en 2003 grâce à INTEGRAL : XTE J1720-318 et

H 1743-322 : éruption en avril

spectres combinés 5-200 keV (JEM-X et SPI)

état mou, indice de photon 2,70 ± 0,09

(Parmar et al. 2003)


XTE J1755-324, un candidat trou noir

Explosions courtes, cycliquesCourbe de lumière classique, état mou puis dur (pic secondaire vu par SIGMA en septembre 1997, Goldoni et al. 99)

Tau

x d

e co

mp

tag

e A

SM

2-1

2 ke

V (

mC

rab

es) 1000

100

Ind

ice

de

du

reté

5-12

/1,3

-3 k

eV

0,1

10

Temps Universel (MJD - 500 000)

700660 680 720 740

10

1

0,01

ObservationSIGMA


Perspectives

XTE J1720-318 actuellement sous le seuil de détection d’INTEGRAL

Observations d’autres novae X du bulbe (faibles aussi)- étude statistique des populations- ToO simultanées INTEGRAL et RXTE prévues- variations d’éclats : laboratoire idéal pour l’étude de la physique autour d’un TN

Sources brillantes et proches encore mieux observables

Observations simultanées importantes en X, visible et IRindices essentiels pour comprendre- la nature de la source émissive- les mécanismes d’explosions- la propagation de zones chaudes à travers le disque


Documents

Evolution Spectrale de la Source Transitoire et du Candidat Trou Noir XTE J1720-318 Marion Cadolle Bel (CEA-Saclay, France) J. Rodriguez, P. Sizun, A