Düşük Kütleli X-ışını Çiftlerindeki X-ışını Atarcalarının Zamanlama Özellikleri. Sıtkı Çağdaş İnam Başkent Üniversitesi

Transkript

1 Düşük Kütleli X-ışını Çiftlerindeki X-ışını Atarcalarının Zamanlama Özellikleri Sıtkı Çağdaş İnam Başkent Üniversitesi

2 «X-ışını Atarcası İçeren Düşük Kütleli X-ışını Çifti» Eş Yıldız ( 1M ) X-ışını Atarcası («manyetik» nötron yıldızı) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 2

3 X-ışını Atarcası Nötron Yıldızı: ~0,9R ~0,1R Kütle ~ 1,5-2 M ʘ Yarıçap ~ (1-2)x10 6 cm Dış kabuk yoğunlukları ~ 4x10 11 g.cm -3 Merkeze yakın egzotik bölgede ~10 15 g.cm -3 Yüzey kütleçekim ivmesinin büyüklüğü ~ 4x10 11 g Yüzey manyetik alan şiddeti ~ Gauss Dönüş frekansı ~ Hz UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 3

4 Eş yıldızından kütle aktarımı yapan bir nötron yıldızı (KAYNY) -sıkı (compact) olduğu için yüzeye düşen madde çok büyük bir kinetik enerjiye ulaşır --> X-ışınları ortaya çıkar. -~10 11 Gauss'dan yüksek şiddetlerde manyetik alana sahipse aktarılan madde manyetik kutuplara doğru yönlenir --> X-ışını atarcası ( geleneksel magnetarlar hariç!) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 4

5 Düşük Kütleli Eş Yıldız? Düşük kütleli 1M Daha küçük yörünge periyotları, dairesel yörüngeler. Bileşenler arası daha küçük mesafeler (yakın çiftler) BEKLENTİ: Yüksek Kütleli Eş Yıldıza Kıyasla, Daha etkin bir kütle aktarımı Kalıcı kütle aktarım diskleri daha olası Roche lob aşması daha yaygın Daha düzenli bir kütle aktarımı (kalıcı kaynaklar) Daha zayıflamış manyetik alanlar (az sayıda olmalılar!) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 5

6 Liste (Bildsten et al. 1997) GRO J (0,46s, 11,8gün) Her X-1(1,25s, 1,7gün) GX 1+4 (120s,?) 4U (7,5s, 42dk.) AYRICA: 2A (0,59s, 5,6sa) Bonus: KAY Milisaniye X-ışını Atarcaları (>14 adet) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 6

7 GRO J (0,46s, 11,8gün) -Patlamalar (tip II, ~günde 40, ~5s uzunlukta) (Lewin 1996; Bildsten, Brown, 1997) -Ani atım şekli kaymaları (Stark, Baykal, Strohmayer, Swank, 1996) -Güçlü tork-x-ışını akısı ilintisi 1995 Parlaması 2014 Parlaması (Bildsten et al. 1997) Fermi-GBM UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 7

8 GRO J Önemli özellikler: - Düşük kütleli olmasına rağmen geçici (transient) kaynak; 1995, 1997, Parlama süresi ~ 3-4 ay - Işınım Gücü ~ erg s -1 - Işıma evresi dışında pervane etkisiyle ışıması duruyor olabilir (Cui 1997) B ~ G (@8kpc) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 8

9 Her X-1(1,25s, 1,7gün) -Üstün (süper) yörünge periyodu (35gün) -sin i ~ 90 -Oldukça kararlı kütle aktarımı, hızlanma oranı çok düşük -İyi çalışılmış optik bileşen (HZ Her), eş yıldızla etkileşim hakkında pek çok çalışma, optik bandda da 35 günlük periyodun gözlenmesi GINGA RXTE-ASM Scott vd Kaynakla ilgili çalışma: İnam, Baykal, 2005 RXTE-PCA tayfı UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 9

10 Kararlı Kütle Aktarımı + Periyot Değişimi GX 1+4 4U Tork tersinmesi -Uzun dönem hızlanma/yavaşlama UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 10

11 Standart Model Ghosh-Lamb modeli manyetik tork bileşeni (Ghosh, Lamb 1979): Bu yarıçaptan ( eşdönüş yarıçapı ) büyük yarıçaplardan gelen manyetik tork katkısı negatiftir. Madde torkları baskınsa: UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 11

12 Modeller Ters Dönen Disk ya da Diskin iç bölgelerinin bükülmesi (örneğin bkz. van Kerkwijk vd. 1998) Diskin iç bölgesi yıldıza göre ters dönebilir (bükülebilir). Kararlı kalma mekanizması: Nötron yıldızının diskin iç bölgelerini ışıtması (radyasyon basıncı) Disk tamamen ters dönen bir disk olabilir (pek olası değil!) Daha kısa zaman ölçeklerinde bazı kaynaklar için geçerli olabilir (YKXÇ Vela X-1, OAO gibi) Soru: Nasıl oluyor da disk onlarca yıl bükülü kalabiliyor? UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 12

13 Diğer model: Pervane modeli (Illarinov, Sunyaev 1975): Diskin iç yarıçapı eş dönüş yarıçapından büyükse madde püskürtülür. Yavaşlama+Kütle Aktarımın Durması Kütle Aktarım+Pervane (Perna vd. 2006) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 13

14 Periyot Değişimleri Hassas periyot (frekans) ölçümü (Deeter, Boynton, Pravdo 1981): Işık eğrisinden makul bir ilk periyot değeriyle elde edilen şablon atımla, ufak parçalardan elde edilen atımların çapraz ilintisi hesaplanır. Atım geliş zamanları ölçümü Atım geliş zamanlarındaki değişimler periyot değişimlerini hassas olarak ölçmemize olanak verir. Atım geliş zamanlarından yararlanarak sadece atarcanın periyodu değil, sistemin yörünge parametreleri de elde edilebilir veya güncellenebilir. UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 14

15 4U (7,5s, 42 ) Eş yıldız kütlesi çok küçük (~0,04M )(çiftler arası mesafe ~1 ışık saniyesi)(middleditch vd. 1981; Chakrabarty 1998) Aşırı tıknaz (ultracompact) X-ışını çifti Kararlı, yığılma diskinden, etkin bir kütle aktarımı (?) Roche lob taşması muhtemel (Levine vd. 1988) B G (Siklotron Soğurma)(Orlandini vd. 1998) Periodiğimsi salınımlar (QPO) (hem hızlanırken 0,041Hz - hem yavaşlarken -0,048 Hz-)(Shinoda vd. 1990; Angelin, vd. 1995) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 15

16 4U (Camero-Arranz vd. 2010) BATSE GBM UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 16

17 4U On yıllar mertebesinde hızlanma ve yavaşlama dönemleri Hızlanma ve yavaşlama dönemlerinde ışınım güçleri biraz farklı Uzun dönem hızlanma ve yavaşlama oranları benzer mertebede (~ Hz s -1 ) (Camero-Arranz vd. 2012) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 17

18 GX 1+4 (120s,?) Eş yıldız 1,2M, M tipi dev V2116 Oph (Glass, Feast, 1973) Mesafe ~ 3-6 kpc Yörünge periyodu belirlenemiyor, muhtemelen sin i ~ 0 Simbiyotik X-ışını çifti (muhtemelen tek nötron yıldızlı olanı) Nötron yıldızı eş yıldızın yoğun rüzgarı içinde kalmış durumda Optik gözlemlerde güçlü Hα salma çizgisi görünüyor Atarca dönüş periyodu optik gözlemlerde de görünüyor Rüzgardan kütle aktarımı sırasında oluşan kararlı yığılma diskinden kütle aktarımı (?) Manyetik alan kestirimleri: Ghosh-Lamb Modeli ~ G (Cui, Smith, 2004) Marjinal Siklotron Soğurma ~10 12 G (Ferrigno vd. 2007) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 18

19 Uzun dönem hızlanma ve yavaşlama oranları benzer mertebede (~3, Hz s -1 ) Hızlanırken: L ~ erg s -1 Yavaşlarken: L ~ erg s -1 (Gonzales-Galan vd. 2012) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 19

20 Daha kısa dönem zamanlama analizi (138 RXTE-PCA gözlemi, toplam ~276ks; )(Serim, Şahiner,İnam,Baykal, hazırlanıyor) Parameter Value Epok (MJD) Frekans (mhz) (4) Periyot (s) Yavaşlama Oranı (10-12 Hz/s) (3) Parameter Value Epok (MJD) Frekans (mhz) ( 8) Periyot (s) (6) Yavaşlama Oranı (10-12 Hz/s) d 2 v/dt 2 (10-19 Hz/s 2 ) (2) 1.240(4) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 20

21 GX 1+4 ve 4U Özet Uzun dönem tork tersinmeleri Uzun dönem hızlanma ve yavaşlama oranlarının birbirine yakın olması Hızlanma dönemlerindeki ışınım gücünün yavaşlama dönemlerinden yarım mertebe kadar küçük olması Yavaşlarken torkun yavaşlama oranıyla ilinti göstermesi (GX 1+4 için) Hem hızlanırken hem yavaşlarken periodiğimsi salınımlar görülmesi (4U için) UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 21

22 Bu bildiri TÜBİTAK MFAG 114F345 numaralı proje kapsamında desteklenmiştir. Teşekkürler UAK 2016-Bildiri-S.Ç.İnam 22