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)
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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
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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
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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
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Courbe de lumière IBIS/ISGRI 2003
Temps Universel (MJD)
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
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Chronologie des Observations XMM, RXTE et INTEGRAL
XMM RXTE
Temps Universel (MJD)
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
17/06/04 Marion Cadolle BelEvolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318
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
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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
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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
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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*
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Temps Universel (MJD)
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
Temps Universel (MJD)
52730 52735 52740 52745 52750
11 mCrab
34 mCrab
Courbe de lumière IBIS/ISGRI 2003
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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
17/06/04 Marion Cadolle BelEvolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318
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)
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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
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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)
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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
17/06/04 Marion Cadolle BelEvolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318
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
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