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de Vela X-1 par SPI / JJC 20031 Observation des raies cyclotron de Vela X-1 par le spectromètre INTEGRAL/SPI Cosmologie et Astrophysique.

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1 de Vela X-1 par SPI / JJC Observation des raies cyclotron de Vela X-1 par le spectromètre INTEGRAL/SPI Cosmologie et Astrophysique Journée Jeunes Chercheurs 2003 Décembre 2003 David ATTIÉ

2 de Vela X-1 par SPI / JJC Sommaire Présentation du spectromètre SPI Caractéristiques de la source Vela X-1 Contraintes sur les modèles géométriques et physiques Etalonnage du spectromètre Observations de Vela X-1 par SPI - analyse spectrale - analyse temporelle Conclusions

3 de Vela X-1 par SPI / JJC masque 127 pavés 63 opaques (tungstène) 64 transparents 3 cm 1,7 m du plan de détection 19 Ge de haute pureté refroidi à 90 K épaisseur : 6 cm poids : 19×950 g surface totale : 508 cm 2 caméra Le spectro-imageur SPI PSAC ACS Blindage : PSAC : Scintillateur Plastique ACS : Bouclier dAnticoïncidence 91 BGO ( Bismuth Germanate Oxyde ) Réduction du bruit de fond

4 de Vela X-1 par SPI / JJC Etalonnage au sol du spectromètre LES OBJECTIFS Mesures sur tout le domaine dénergie (20 keV-8 MeV) sans le masque étalonnage en énergie (linéarité des gains) efficacité des détecteurs : photons produits par : > 3 MeV, accélérateur Van de Graaf (4 MeV) < 3 MeV, ~ 12 sources radioactives à 8 m sensibilité de la caméra homogénéité du plan de détection -> validation de la réponse instrumentale (IRF) Comparaison avec des mesures faites avec le masque (125m+ESTEC) Comparaison avec les simulations Mesure des performances en imagerie sources de haute intensité placées à 125 m

5 de Vela X-1 par SPI / JJC Réponse spectrale du spectromètre Matrice de réponse Etalonnage Etalonnage basse énergie (Attie et al, A&A 2003) Energie [keV] Surface efficace [cm²] S eff =Aε

6 de Vela X-1 par SPI / JJC Etalonnage en vol : spectre crabe (Attie et al, A&A 2003) Flux [coups/s/keV] coups/cm 2 /s/keV

7 de Vela X-1 par SPI / JJC Performances du spectromètre

8 de Vela X-1 par SPI / JJC prototype de pulsar accrétant alimenté par vent stellaire Nom : 4U , … Type : binaire X de forte masse (HMXB) variable, éclipsante - étoile supergéante bleue : HD étoile à neutrons Distance: ~ 2 kpc (~ 6500 année-lumière) Masse : ~ 23 M & 1,4 M Rayon: ~ 30 R Périodes: orbitale: ~ 8,96 jours pulsar: ~ 283 s -> raies γ dabsorption cyclotron attendues : fondamental: ~ 26 keV 1ère harmonique: ~ 52 keV -> contraintes sur le champ magnétique et la géométrie du système Les caractéristiques de Vela X-1

9 de Vela X-1 par SPI / JJC Raies dabsorption cyclotron 30R 1,7 R * 30 R

10 de Vela X-1 par SPI / JJC Description du système Axe rotation Axe magnétique Cône démission radio Photons Surface du pulsar Pôle magnétique Cylindre de plasma Observateur Photons P=283 s F T P Analyse temporelle F E Analyse spectrale

11 de Vela X-1 par SPI / JJC Raies dabsorption cyclotron Au voisinage dun pulsar (étoile à neutrons fortement magnétisée en rotation rapide) -> présence dun plasma Par effet Compton inverse, les électrons cèdent leur énergie aux photons -> un spectre continue dans le domaine des X et des gamma B: champ magnétique [х10 12 G] Le premier niveau de quantification correspond à lénergie E c 1, en unités astrophysiques (gauss, keV, cm), sexprime alors comme : Dans un plasma où règne un champ magnétique, lénergie des électrons est quantifiée à des valeurs déterminées, appelées niveaux de Landau : avec hω << m e c 2 h : constante de Planck ω: pulsation de lélectron E c 1 : énergie absorbée durant la transition entre 2 niveaux F E Ec1Ec1 Ec2Ec2 E c 1 = 2E c 2

12 de Vela X-1 par SPI / JJC l = 280° l = 270° l = 260° l = 250° b = 10° b = 0° b = -10° Vela SNR γ 2 Vel PSR B Vela X-1 GRS Nova Vel 93 RX J

13 de Vela X-1 par SPI / JJC Plus de 190 raies !!! Identification des raies de bruit de fond instrumentale : intensité & variabilité (Weidenspointner et al, A&A 2003) Bruit de fond de SPI 71m Ge, 58m Co 210 Pb complexe 73m Ge K Bi complexe 67 Zn K Pb

14 de Vela X-1 par SPI / JJC Modèle Observation Résidu Vela X-1 : spectro-imagerie

15 de Vela X-1 par SPI / JJC Période : 8.9 jours Vela X-1 : courbe de lumière repliée keV

16 de Vela X-1 par SPI / JJC A B DC Période : s Vela X-1 : courbe de lumière repliée A B DC keV

17 de Vela X-1 par SPI / JJC Etalonnage de SPI Résolution spatiale et spectrale attendue Validation de la matrice de réponse -> Papier Attie et al. 2003, publié dans le numéro spécial A&A sur INTEGRAL Observations de Vela X-1 Etude des raies cyclotron -> contraintes sur le champ magnétique Courbes de lumière -> information sur la géométrie du système -> sélection en phase pour augmenter le S/B Conclusions et perspectives 10 6 s supplémentaires en cours dobservation !!!

18 de Vela X-1 par SPI / JJC … Fin


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