Nuevas ideas de un descubrimiento de pulsar de rayos X de milisegundos
Un nuevo pulsar de rayos X milisegundos en acreción ofrece información sobre el comportamiento estelar.
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Tabla de contenidos
En el mundo de la astrofísica, a menudo estudiamos diferentes tipos de objetos celestiales para entender sus comportamientos y características. Un tipo interesante de objeto es un pulsar de Rayos X milisegundo en acreción (AMXP). Estos son Estrellas de neutrones que giran rápido y producen rayos X cuando absorben material de una estrella compañera. Recientemente, se descubrió un nuevo AMXP, lo que llevó a los científicos a analizar sus emisiones de rayos X durante una explosión notable en 2022.
¿Qué es un Pulsar de Rayos X Milisegundo en Acreción?
Los pulsars de rayos X milisegundo en acreción son un subgrupo de estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones son los restos de estrellas masivas que han explotado en eventos de supernova. Estos pulsars son diferentes porque giran increíblemente rápido: completan una rotación en solo unos milisegundos. También pueden capturar material de una estrella cercana, lo que conduce a la emisión de rayos X.
Los científicos han identificado varios de estos pulsars, y cada uno tiene su propio período de giro y características orbitales. Son esenciales para estudiar estados extremos de la materia y la física de la gravedad.
Descubrimiento del Nuevo Pulsar
El nuevo pulsar fue descubierto el 7 de junio de 2022, usando la cámara MAXI/Gas Slit. Este instrumento ayudó a localizar la fuente de los rayos X y establecer que el pulsar tenía una frecuencia de giro de 528 Hz y un período orbital de aproximadamente 4.83 horas. Este descubrimiento ayuda a confirmar que el objeto es de hecho un AMXP.
Observaciones y Recolección de Datos
Se recolectaron datos usando varios instrumentos que cubrieron un amplio rango de energías de rayos X, específicamente de 0.8 keV a 210 keV. Estas observaciones permitieron a los científicos monitorear el tiempo y los comportamientos espectrales del pulsar durante su explosión.
El análisis involucró descomponer los datos observados en dos partes principales: la fase de aumento, que duró alrededor de cinco días, y la fase de decaimiento, que se extendió por 19 días. Los investigadores notaron que las características de tiempo cambiaron, sugiriendo interacciones complejas a medida que se acumulaba material en el pulsar.
Análisis de Tiempo
El análisis de tiempo involucró recolectar datos sobre cuándo llegaban las señales de rayos X del pulsar. Esto se hizo usando cálculos sofisticados para tener en cuenta varios factores, incluyendo la posición de la Tierra y el movimiento orbital del pulsar. Al hacerlo, los científicos pudieron rastrear los cambios en la frecuencia de las señales del pulsar.
Durante el análisis, los científicos encontraron que los residuos de tiempo revelaron un comportamiento extraño, especialmente durante la fase de aumento de la explosión. Sin embargo, cuando el pulsar entró en la fase de decaimiento, el análisis mostró un cambio sistemático, que podría interpretarse como que el pulsar estaba acelerando, lo que significa que su tasa de rotación estaba aumentando.
Estabilidad de los Perfiles de Pulso
Un hallazgo clave de este estudio fue que los perfiles de pulso del pulsar se mantuvieron estables en varios niveles de energía, indicando que los rayos X se emitían desde regiones consistentes en la superficie de la estrella de neutrones. Esta estabilidad permite a los investigadores hacer mediciones precisas relacionadas con las propiedades físicas del pulsar, como la masa y el radio.
Los investigadores encontraron que la energía máxima detectada en las pulsaciones de rayos X alcanzó hasta 95 keV. Esto es significativo, ya que muestra que estos pulsars pueden emitir rayos X de alta energía, que son raros pero valiosos para entender los entornos extremos que los rodean.
Análisis Espectral
El análisis espectral involucró estudiar los diferentes tipos de rayos X emitidos por el pulsar. Al analizar cómo se distribuían estos rayos X en varias energías, los científicos pudieron inferir detalles sobre los procesos físicos que estaban ocurriendo.
Los resultados revelaron que las características espectrales podían representarse bien con una combinación de un modelo de disco de cuerpo negro y un modelo de comptonización. Esto indica que la forma en que se emiten los rayos X está influenciada por el comportamiento del material que está siendo absorbido por el pulsar.
Además, el equipo notó que la densidad de columna de hidrógeno se mantuvo bastante constante, lo que significa que la cantidad de material que bloqueaba los rayos X no cambió mucho durante la explosión. Esta estabilidad es esencial para entender el entorno del pulsar.
La Importancia de Entender los AMXPs
Estudiar pulsars de rayos X milisegundo en acreción como el observado en 2022 ayuda a los científicos a comprender no solo los pulsars en sí, sino también el contexto más amplio de las estrellas de neutrones y los procesos que ocurren en campos gravitacionales extremos. Estos conocimientos pueden extenderse a entender la formación de estos pulsars y su evolución a lo largo del tiempo.
Entender cómo funcionan estos pulsars y la física involucrada también puede arrojar luz sobre los ciclos de vida de las estrellas y las interacciones complejas que ocurren en el universo. Este conocimiento puede ayudar a impulsar avances en varios campos de la astrofísica, incluyendo la cosmología y la física teórica.
Conclusión
Este estudio reciente de un AMXP recién confirmado durante su explosión en 2022 ha proporcionado valiosos conocimientos sobre el comportamiento y las características de estos fascinantes objetos celestiales. La combinación de análisis de tiempo y espectro ha permitido a los científicos armar una comprensión más completa de cómo operan y evolucionan estos pulsars.
Los hallazgos enfatizan la importancia de monitorear las emisiones de rayos X para revelar las complejas dinámicas en juego en tales entornos extremos. A medida que la tecnología y los métodos de observación siguen mejorando, nuestra comprensión de estos objetos enigmáticos probablemente se profundizará, descubriendo más sobre el universo y las leyes fundamentales de la física.
En resumen, el estudio continuo de los AMXPs es crucial para nuestra comprensión del cosmos, ya que cada nuevo descubrimiento agrega una pieza al rompecabezas de la evolución estelar y la naturaleza de la materia en condiciones extremas.
Título: Broadband X-ray timing and spectral characteristics of the accretion-powered millisecond X-ray pulsar MAXI J1816$-$195
Resumen: We studied the broadband X-ray timing and spectral behaviors of the newly confirmed accreting millisecond X-ray pulsar MAXI J1816$-$195 during its 2022 outburst. We used the data from Insight-HXMT ME/HE, NICER and NuSTAR which cover the energy range between 0.8$-$210 keV. A coherent timing analysis of solely Insight-HXMT HE data across the full outburst revealed a complex behavior of the timing residuals, also prominently visible in independent Insight-HXMT ME and NICER data, particularly at rising part of the outburst and at the very end in NICER data. Therefore, we broke down the full outburst into a (noisy) rising part, covering only about five days from MJD 59737.0 to 59741.9, and a decaying part lasting for 19 days across MJD 59741.9$-$59760.6. Fitting for the decaying part a timing model including a frequency $\nu$ and frequency time derivative $\dot{\nu}$ component yielded a value of $(+9.0\pm2.1)\times10^{-14}~{\rm Hz~s^{-1}}$ for $\dot{\nu}$, which could be interpreted as a spin-up under our model assumptions. We detected the X-ray pulsations up to $\sim$95 keV in a combination of Insight-HXMT HE observations. The pulse profiles were quite stable over the whole outburst and could be well described by a truncated Fourier series using two harmonics, the fundamental and the first overtone. Both components kept alignment in the range 0.8$-$64 keV. The joint and time-averaged NICER and Insight-HXMT spectra in the energy range 1$-$150 keV were well fitted by the absorbed Comptonization model compps plus disk blackbody with two additional Gaussian components. Using the bolometric flux and spin-up values both evaluated during the decay phase, we determined a magnetic field strength of $(0.2-2)\times10^8$ G for MAXI J1816$-$195.
Autores: Zhaosheng Li, Lucien Kuiper, Mingyu Ge, Maurizio Falanga, Juri Poutanen, Long Ji, Yuanyue Pan, Yue Huang, Renxin Xu, Liming Song, Jinlu Qu, Shu Zhang, Fangjun Lu, Shuang-Nan Zhang
Última actualización: 2023-12-21 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2303.11603
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2303.11603
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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