extreme transient phenomena in hmxb: an overview of sfxts

34
Lara Sidoli (INAFIASF Milano) 1 INTEGRAL Roma, 1518 Oct 2013

Upload: vothuan

Post on 29-Dec-2016

216 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

Lara  Sidoli  (INAF-­‐IASF  Milano)  

1  INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013  

Page 2: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   2  

Page 3: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   3  

AXJ1845.0-­‐0433  

Page 4: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   4  

AXJ1845.0-­‐0433  

Supergiant  HMXBs  (PERSISTENT)  

Be/X-­‐ray  Binaries  (TRANSIENT)  SFXTs  

Page 5: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

Super  Orbital  periods  in  SFXTs  

IGR  J16418-­‐4532       P  super  orb    =   14.73  days      

                P  orb         =      3.74  days    

IGR  J16479-­‐4514     P  super  orb    =   11.88  days      

                P  orb         =      3.32  days    

Discovered  in  Swi8/BAT  data  (Corbet  &  Krimm  2013)  

Confirmed  by  INTEGRAL/IBIS  (Drave  et  al.,  Atel  5131)    

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   5  

Page 6: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

SFXTs  properUes:  the  prototype  IGRJ17544-­‐2619  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   6  

Rampy  et  al.  2009  

Suzaku  

10  37  erg/s  

Page 7: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

Blay  et  al  2008  

7  INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013  

Major  outbursts  in  XTE  J1739-­‐302  

Page 8: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

SFXTs  properUes  

About  10  members  Supergiant  companion  +  Neutron  Star  (1/2  are  X-­‐ray  pulsars)  

X-­‐ray  flaring  acUvity  with  a  large  dynamic  range    &    

variability  Umescale  of  hours  imply  wind  accre,on  

Much  fainter  X-­‐ray  emission  between  major  outbursts  (how  much  fainter?)        

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   8  

Page 9: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

Swia/XRT  monitoring  SFXTs  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   9  

SFXTs  spend  most  of  the  Ume    in  an  intermediate  luminosity  state  of  1033-­‐10  34  erg/s  (quiescence  is  at  10  32  erg/s)     Sidoli  et  al.  2008  

Romano  et  al.  2012  

Page 10: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   10  

Adapted  from  Smith  et  al.  2012  

X-­‐ray  luminosity  distribuUon  

Page 11: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

SFXTs  X-­‐ray  luminosity  distribuUon  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   11  

Page 12: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   12  

SFXTs  X-­‐ray  luminosity  distribuUon  

Page 13: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

SFXTs  vs  persistent  Sg-­‐HMXBs  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   13  

SFXTs:    high  dynamic  range  (up  to  5  orders  of  magnitude  )    

&  

low  average  X-­‐ray  luminosity    between  bright  outbursts  ,    about  100  Umes  lower  than    persistent  HMXBs  

Page 14: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  preliminary  results  to  characterize  the    

hard  X-­‐ray  variability  of  SFXTs  

•  All  public  archival  IBIS  data  (almost  9  yrs)    

•  Targets:  a  sample  of  SFXTs,  two  persistent  HXMBs,  Crab  

•  Offaxis  angle  <  12  deg;  detsig  =  5;  we  tried  both  IMA  (Sw)  and  LC  (bin=100  s)    

•  For  details  on  data  reducUon  see  Paizis  et  al.,  2013  (arXiv  1302.3456)  

•  Count  rate    Luminosity  (fiing  the  average  spectra)  

•  Aim:  building  an  “INTEGRAL”  luminosity  distribuUon    INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   14  

Page 15: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  X-­‐ray  Luminosity  DistribuUon  

Paizis  &  Sidoli      in  prep  

Page 16: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  X-­‐ray  Luminosity  DistribuUon  

Paizis  &  Sidoli      in  prep  

Page 17: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   17  

Are  clumpy  winds  and  different  orbital  configuraUons  enough?  

Supergiant  winds  are  clumpy  

Wind  accreUon  

Blay,  Negueruela,  Reglero  2012  

Page 18: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   18  

Are  clumpy  winds  and  different  orbital  configuraUons  enough?  

Supergiant  winds  are  clumpy  

Wind  accreUon  

Blay,  Negueruela,  Reglero  2012  counter-­‐example  

Page 19: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

IGR  J16479-­‐4514  (Porb  =  3.3  days)  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   19  

Suzaku  XIS  observaUon  

Sidoli  et  al.  2012  

a  =    

10  34    erg/s    

Page 20: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   20  

2  orders  of  magnitude  higher  than  what  is  observed  !  

A  mechanism  reducing  the  accre,on  rate  is  needed  

Page 21: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   21  

Page 22: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   22  

Are  clumpy  winds  and  different  orbital  configuraUons  enough?  

Supergiant  winds  are  clumpy  

Wind  accreUon  

Blay,  Negueruela,  Reglero  2012  

Page 23: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

AX  J1845.0-­‐0433  a  5.72  day  Orbital  Period  in  INTEGRAL  data    

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   23  

Orbital  phases  of  the  known  outbursts  

Goossens  et  al.  2013  

Page 24: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

XTE  J1739-­‐302    orbital  INTEGRAL  light  curve  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   24  Drave  et  al.  2010  P  orb  =  51.47  days  

Page 25: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

XTE  J1739-­‐302    orbital  INTEGRAL  light  curve  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   25  Drave  et  al.  2010  P  orb  =  51.47  days  

A  large  scale  structure  in  the  SG  wind?  

Page 26: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

Are  clumps  enough  to  explain  SFXTs?    Implied  X-­‐ray  variability  in  HMXBs  by  accreUon  of  clumpy  winds    

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   26  Oskinova  et  al.  2012  

The  variability  implied  by  these  simulaUons  is  too  much.  A  mechanism  damping  the    variability  is  needed:  

DestrucUon  of  clumps  near  the    NS?  Are  the  density  and  velocity    gradients  smoothed  out  in  the    accreUon  wake?  

Page 27: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   27  Oskinova  et  al.  2012  

The  variability  implied  by  these  simulaUons  is  too  much.  A  mechanism  damping  the    variability  is  needed:  

DestrucUon  of  clumps  near  the    NS?  Are  the  density  and  velocity    gradients  smoothed  out  in  the    accreUon  wake?  

X-­‐rays  from  the    companion  

Are  clumps  enough  to  explain  SFXTs?    Implied  X-­‐ray  variability  in  HMXBs  by  accreUon  of  clumpy  winds    

Page 28: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

       Does  the  SFXTs  flaring  behaviour  directly  probe  the  density  (and  velocity)  structure  of  the  supergiant  wind?    

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   28  

Page 29: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

AccreUon  in  X-­‐ray  Pulsars  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   29  Shakura  et  al.  2012  

Lx  >  4  x  10  36  erg/s   Lx  <  4  x  10  36  erg/s  

Page 30: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

AccreUon  in  X-­‐ray  Pulsars  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   30  Shakura  et  al.  2012  

Lx  >  4  x  10  36  erg/s   Lx  <  4  x  10  36  erg/s  

The  actual  accreUon  rate  can  be  significantly  smaller  than  the  Bondi  mass  accreUon  rate  

Page 31: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   31  

Shakura  et  al.  2013  

Page 32: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

IGR  J17544-­‐2619  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   32  Drave  et  al.  2013,  submiped  to  MNRAS  

Page 33: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

IGR  J17544-­‐2619  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   33  Drave  et  al.  2013,  submiped  to  MNRAS  

Page 34: Extreme Transient Phenomena in HMXB: an overview of SFXTs

CONCLUSIONS  

Besides  the  flaring  acUvity  and  the  high  dynamic  range,  the  low  X-­‐ray  luminosity  between  bright  outbursts  is  difficult  to  explain  (the  accreUon  rate  is  much  lower  than  expected)  in  SFXTs.  

SFXTs  flares  probably  do  not  directly  trace  the  density  and  the  velocity  of  the  (clumpy)  wind.  

The  NS  magnetosphere  mediates  accreUon  (e.g.  Shakura  et  al.  2012  accreUon  model).  

INTEGRAL  Roma,  15-­‐18  Oct  2013   34