Les astronomes chinois ont utilisé le télescope à modulation de rayons X durs (HXMT) pour observer la dernière explosion d’un système binaire à rayons X de faible masse connu sous le nom de GX 339-4. Ils ont détecté de nouvelles oscillations quasi-périodiques dans cette source. Leurs conclusions ont été publiées sur le serveur de pré-impression arXiv.
Les binaires à rayons X (XRB) consistent en une étoile normale ou une naine blanche transférant de la masse sur une étoile à neutrons compacte ou un trou noir. Sur la base de la masse de l’étoile compagne, les astronomes les divisent en binaires à rayons X de faible masse (LMXB) et binaires à rayons X de haute masse (HMXB).
Situé à quelque 39 000 années-lumière de la Terre, GX 339-4 est un trou noir récurrent LMXB détecté pour la première fois en 1973. On estime que son trou noir est au moins 5,8 fois plus massif que le soleil. GX 339−4 a subi de fréquentes explosions, a connu des oscillations quasi-périodiques (QPO) et a affiché tous les états d’accrétion des trous noirs au cours des trente dernières années.
Dans l’ensemble, GX 339-4 a été étudié de manière approfondie à toutes les longueurs d’onde, ce qui en fait l’un des LMXB à trou noir les plus étudiés.
La dernière explosion de GX 339-4 a commencé début 2021 et une équipe d’astronomes dirigée par Wei Wang de l’Université de Wuhan en Chine, a décidé d’effectuer des observations HXMT de cet événement afin d’éclairer davantage le comportement de ce système. Cela a abouti à la détection de nouvelles oscillations quasi-périodiques (QPO).
En général, on pense que les QPO se produisent lorsque des rayons X sont émis près du bord intérieur d’un disque d’accrétion dans lequel le gaz tourbillonne sur un objet compact comme une étoile à neutrons ou un trou noir. Les QPO dans les systèmes binaires à rayons X des trous noirs sont classés en Type-A, -B ou -C, en fonction de propriétés telles que le facteur de qualité et la forme du bruit associé à l’oscillation.
« En utilisant les données d’Insight-HXMT de février à mars 2021, nous effectuons l’analyse temporelle des rayons X de cette nouvelle explosion. Sur la base des résultats des taux de comptage, du diagramme dureté-intensité (HID) et du spectre de densité de puissance (PDS) , nous confirmons que la source présente des transitions spectrales de l’état bas-dur (LHS) à l’état dur-intermédiaire (HIMS). Pendant la transition du LHS au HIMS, des oscillations quasi-périodiques à basse fréquence (LFQPO) sont détectées dans le PDS », expliquent les chercheurs.
Les observations ont détecté des QPO de type C avec des fréquences centroïdes évoluant de 0,1 à 0,6 Hz dans l’état bas-dur et dans la gamme de fréquences 1-3 Hz dans l’état dur-intermédiaire. Les auteurs de l’article ont noté que les QPO de type C sont le type le plus courant de QPO dans les XRB des trous noirs et se produisent principalement dans les états faiblement durs et durs intermédiaires.
De plus, l’équipe de Wang a réussi à identifier pour la première fois un comportement de retard de phase (dans la bande 50-100 keV) dans GX 339-4. Il s’est avéré que lorsque la fréquence centroïde QPO est inférieure à 0,2 Hz, le décalage est négatif, mais devient positif par la suite. Cependant, plus d’observations sont nécessaires afin de comprendre les mécanismes physiques de ces déphasages.
L’étude a également révélé que dans le spectre d’énergie moyenne quadratique (rms), le QPO rms reste d’abord plat à basse énergie, puis diminue d’environ 10 % en dessous de 10 keV à 2 % au-dessus de 50 keV. Les chercheurs ont ajouté que la même corrélation entre la valeur efficace des QPO et l’énergie des photons au-dessus de 10 keV s’est produite lors de l’explosion de 2006/2007 lorsque la fréquence des QPO était inférieure à 1 Hz.
Plus d’information:
YJ Jin et al, Oscillations quasi-périodiques dans GX 339-4 pendant l’explosion de 2021 observées avec Insight-HXMT, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2306.13994
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