Origines de la variabilité des photons X d’une étoile binaire symbiotique révélées par la réduction de dimensionnalité

Les étoiles binaires symbiotiques sont un type de système d’étoiles binaires composé d’une étoile compacte (comme une naine blanche) et d’une étoile géante rouge. Dans ces systèmes, une étoile compacte accumule des matériaux provenant d’une étoile géante rouge et produit des photons X mous. Cependant, certaines d’entre elles, appelées étoiles symbiotiques émettant des rayons X durs, produisent également de puissants photons X, ce qui peut être dû à la présence de naines blanches massives.

Les observations avec des télescopes à rayons X montrent que de nombreuses étoiles symbiotiques émettant des rayons X durs émettent des émissions de plasma à des températures différentes : froides (douces) et chaudes (dures). Les astronomes ont également découvert des jets dans certaines de ces étoiles, qui pourraient potentiellement former une région de choc et contribuer à la formation d’émissions de plasma mou/froid.

Les observations aux rayons X d’une des étoiles symbiotiques émettrices de rayons X durs, appelée RT Crucis, également connue sous le nom de RT Cru, révèlent la présence d’une émission de plasma thermique doux. En 2021, nous avons utilisé les télescopes Chandra et une méthode statistique bayésienne pour trouver la preuve d’une émission de plasma thermique dur dans RT Cru. L’émission pourrait se produire entre la couche interne du disque d’accrétion et la surface de la naine blanche.

Variabilité des rayons X dans une étoile symbiotique décomposée par réduction dimensionnelle

D’autres astronomes ont également remarqué une baisse des lignes d’émission optique et des photons X durs dans le Système symbiotique émetteur de rayons X RT Cru en 2019. Ils pensent que cela pourrait être dû à une diminution de certaines activités d’accrétion. La forte variabilité des photons X suggère que les matériaux denses peuvent bloquer l’émission de plasma thermique doux.

Pour trouver l’origine de la variabilité des photons X de RT Cru, nous avons récemment utilisé l’analyse en composantes principales (ACP), qui est une méthode de réduction de dimensionnalité souvent utilisée dans la préparation des données pour l’apprentissage automatique.

Cette méthode permet de décomposer les données spectrales temporellement variables en composantes spectrales principales et en séries temporelles correspondantes montrant la variation temporelle. L’analyse en composantes principales peut être utilisée pour déterminer le nombre minimum de composantes principales requises pour la variabilité des photons X.

Dans nos recherches publié dans Le Journal d’Astrophysiquenous avons observé que les photons X de RT Cru collectés en 2012 étaient plus brillants que ceux pris en 2007, et des variations de scintillement horaire sont également visibles dans les deux observations.

Origines de la variabilité des photons X de l’étoile symbiotique RT Cru

Nous avons découvert que les principales composantes spectrales observées dans les observations faites avec les télescopes spatiaux Chandra et XMM-Newton, qui sont à l’origine des changements dans les photons X, pourraient être liées à des variations de l’émission de plasma thermique doux. Nous avons également découvert que les changements dans les photons X observés avec le télescope spatial Suzaku entre 2007 et 2012 sont probablement causés par des changements dans le matériau absorbant ainsi que par des variations dans la source de rayons X liées aux activités d’accrétion.

Les observations de Suzaku ont également mis en évidence une émission de plasma thermique doux et fortement obscurcie. Par conséquent, les changements dans le matériau obscurcissant et la source de rayons X dans le disque d’accrétion contribuent principalement aux changements spectraux entre les deux observations de 2007 et 2012.

D’autres astronomes ont signalé une diminution significative des photons X durs en 2019, qu’ils ont potentiellement liée à une diminution de la quantité de matière accrétée dans la naine blanche. Nous avons également simulé la variabilité des photons X, démontrant que les variations de la densité de la matière absorbante et de la luminosité des rayons X de la source dues aux processus d’accrétion pourraient conduire à des changements spectraux à long terme.

Les étoiles binaires symbiotiques scintillent fréquemment, un phénomène lié à la physique de l’accrétion. Ce comportement est démontré par RT Cru, un système binaire symbiotique émettant des rayons X durs, avec des variations allant de quelques secondes à quelques heures. Les astronomes ont observé ce comportement dans une large gamme d’ondes électromagnétiques, des ondes optiques aux rayons UV et X.

Nos simulations informatiques des changements dans les photons X montrent également que les changements doux d’émission de plasma peuvent provoquer des variations rapides de type scintillement, qui sont susceptibles de provenir d’une zone du disque d’accrétion autour d’une naine blanche massive.

De futurs télescopes spatiaux à rayons X dotés d’une sensibilité plus élevée, comme celui proposé Arcus Le spectromètre à rayons X sera mieux équipé pour capturer la cause des phénomènes de type scintillement dans les étoiles binaires symbiotiques.

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Ashkbiz Danehkar est chercheur scientifique chez Eureka Scientific (États-Unis). Danehkar a travaillé comme chercheur à l’Université du Michigan (Ann Arbor, MI) et a été chercheur postdoctoral au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (Cambridge, MA) après avoir obtenu un doctorat à l’Université Macquarie (Sydney, Australie). Danehkar a mené des recherches sur les étoiles binaires symbiotiques, les nébuleuses gazeuses ionisées, les écoulements dans les noyaux galactiques actifs et les supervents de sursauts stellaires.