Le Comportement Unique des Rayons X de RX J0440.9+4431

RX J0440.9+4431, aussi connu sous le nom de LS V +44 17, est un type de système stellaire qui a à la fois une étoile à neutrons et une étoile Be. Ce système est unique et a une longue période orbitale de 150 jours. L'étoile à neutrons est un reste dense d'une étoile massive, tandis que l'étoile Be est un type d'étoile beaucoup plus grande et plus chaude.

En décembre 2022, une soudaine éruption d'énergie X a été détectée depuis ce système, notée par l'observatoire MAXI. Cette éruption a atteint son maximum début janvier 2023 et a ensuite commencé à décliner. Cependant, elle a ensuite rebrillé, avec la luminosité X dépassant 1 Crab, qui est une unité de mesure pour la luminosité X, pendant ce deuxième pic. Des observations utilisant le satellite AstroSat ont été menées du 11 au 12 janvier 2023, autour de ce moment de brillance. Le but de ces observations était de détecter les émissions X dans la plage de 3 à 80 keV en utilisant le détecteur LAXPC d'AstroSat. Les résultats ont révélé une période de pulsation d'environ 208 secondes, indiquant que l'étoile à neutrons émettait plus d'énergie dans la plage X plus douce. Le comportement des émissions X a été analysé en utilisant un modèle spécifique qui incluait des caractéristiques de l'étoile à neutrons et du gaz environnant.

#Types de binaires X

Les binaires X (XRBs) sont des systèmes fascinants dans l'espace où un objet compact, comme une étoile à neutrons ou un trou noir, interagit avec une étoile régulière. L'objet compact attire du matériel de son étoile compagne, ce qui crée des rayons X en tombant dans le champ gravitationnel fort.

Ces systèmes peuvent être classés en deux types principaux : les binaires X à faible masse (LMXBs) et les binaires X à haute masse (HMXBs). Dans les LMXBs, l'étoile compagne est moins massive que l'étoile à neutrons ou le trou noir. Dans les HMXBs, la compagne est plus massive, généralement une étoile géante.

Parmi les HMXBs, il existe d'autres classifications. Un type est les binaires Be/X-ray (BeXBs), où l'étoile compagne est une étoile Be, connue pour sa rotation rapide et les émissions uniques qu'elle produit. La présence d'une étoile à neutrons définit un BeXB. Ces systèmes montrent souvent des Éruptions périodiques d'énergie X, qui peuvent être liées aux conditions changeantes dans la zone environnante de l'étoile Be.

RX J0440.9+4431 a été découvert en 1997 lors d'un sondage et a été identifié comme un BeXB. Il présente des émissions X fortes et des pulsations, confirmant son identité en tant que pulsar X. L'étoile compagne dans ce système, classée comme une étoile Be, a des caractéristiques qui influencent le comportement des émissions X.

#Comportement X de RX J0440.9+4431

RX J0440.9+4431 a montré un schéma d'éruptions au fil des ans. Une éruption X significative a été enregistrée le 29 décembre 2022. Cela a déclenché une campagne de surveillance multi-longueur d'onde impliquant divers observatoires spatiaux. L'éruption a augmenté considérablement, atteignant une luminosité maximale de 2 Crab quelques semaines plus tard. La source de cette éruption a été étudiée en utilisant des données d'AstroSat, ce qui a aidé à comprendre les conditions autour de l'étoile à neutrons.

Les émissions X de cette source ne sont pas constantes et varient en fonction de la quantité de matériel transférée de l'étoile Be. Pendant les périodes d'activité intense, comme lors d'une éruption, l'étoile à neutrons interagit avec plus de matériel venant de son étoile compagne, entraînant une luminosité accrue et des émissions X.

#Rôle d'AstroSat

AstroSat est le premier observatoire spatial multi-longueurs d'onde dédié de l'Inde. Il a été lancé en 2015 et observe divers objets astronomiques depuis. Parmi ses instruments, il y a le Compteur Proportionnel à Rayons X de Grande Surface (LAXPC), qui est crucial pour détecter les rayons X sur une large plage d'énergie. Le LAXPC utilise du gaz pour détecter les rayons X et peut mesurer leur intensité et leur énergie avec une grande précision.

Les récentes observations de RX J0440.9+4431 ont été réalisées par cet instrument durant une période cruciale où le système connaissait d'intenses émissions X. Les données de ces observations ont été analysées pour créer des courbes de lumière qui reflètent les variations de luminosité au fil du temps.

#Réduction et analyse des données

Le processus d'analyse des données d'AstroSat implique plusieurs étapes. D'abord, les données brutes collectées par le LAXPC doivent être traitées pour filtrer le bruit et l'interférence de fond. Cela se fait avec un logiciel spécialisé qui convertit les relevés bruts en données utilisables. Les courbes de lumière résultantes montrent comment la luminosité de la source change au fil du temps.

L'analyse examine aussi comment l'intensité des rayons X varie selon les plages d'énergie. Cela aide les scientifiques à comprendre comment les processus physiques autour de l'étoile à neutrons et de l'étoile Be interagissent.

Les courbes de lumière générées à partir des données ont montré de fortes fluctuations de l'intensité X, particulièrement lors des éruptions. Une caractéristique notable de l'analyse était la découverte d'une période de pulsation correspondant à la rotation de l'étoile à neutrons, mesurée à environ 208 secondes. Cela indique que l'étoile à neutrons tourne dans un schéma très régulier, étroitement lié à son processus d'accrétion.

#Résultats des observations d'AstroSat

Les résultats des observations d'AstroSat fournissent des informations précieuses sur le système RX J0440.9+4431. Pendant l'éruption, les émissions X ont été principalement détectées à des niveaux d'énergie plus bas, suggérant un mécanisme lié à l'accrétion de disque froid. Cela signifie que le matériel tombant sur l'étoile à neutrons n'est pas chauffé à des températures extrêmement élevées avant d'atteindre l'étoile.

De plus, l'étude n'a trouvé aucun signe de caractéristiques d'absorption étroites, comme des lignes de cyclotron, qui avaient été notées dans des recherches antérieures. Au lieu de cela, les données indiquaient qu'un mélange de modèles pouvait décrire avec précision le spectre X, comprenant l'absorption interstellaire et les radiations provenant à la fois de l'étoile à neutrons et du matériel environnant.

La présence d'une ligne de fer autour de 6.4 keV suggère une interaction entre les rayons X haute énergie et la matière plus froide, probablement dans un état neutre. Cela reflète les complexités de l'environnement autour de RX J0440.9+4431 pendant l'éruption.

#Conclusion

L'enquête sur RX J0440.9+4431 par AstroSat a éclairé les dynamiques au sein de ce système binaire Be/X-ray unique durant une éruption significative. L'étude a mis en lumière une transition d'un état d'activité inférieur à un état supérieur, caractérisé par une augmentation des émissions X et des changements de comportement. Les résultats ont également indiqué que l'étoile à neutrons ralentissait progressivement, comme en témoigne la période de pulsation mesurée plus longue par rapport aux études antérieures.

Globalement, les données produites durant cette recherche contribuent à notre compréhension des comportements complexes des binaires Be/X-ray et des mécanismes qui conduisent à leurs éruptions. La collaboration de plusieurs observatoires et les capacités d'AstroSat se sont révélées essentielles pour déterrer les interactions complexes au sein de ce système stellaire.