Evolution Spectrale de la Source Transitoire et du Candidat Trou Noir XTE J1720-318 Marion Cadolle Bel (CEA-Saclay, France) J. Rodriguez, P. Sizun, A.

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1 Evolution Spectrale de la Source Transitoire et du Candidat Trou Noir XTE J1720-318 Marion Cadolle Bel (CEA-Saclay, France) J. Rodriguez, P. Sizun, A. Goldwurm, P. Goldoni, S. Corbel, J-P. Roques 4 ème Semaine de lAstrophysique française, SF2A juin 2004, Paris

2 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Les Novae X, « Sources transitoires molles en X Transitoire : sursauts X brillants, épisodiques sursauts en visible/radio Binaire de faible masse objet compact + compagnon de faible masse Durée : semaines/mois, longues périodes de récurrence (années) Luminosité 1-10 keV :<10 34 ergs s -1 état quiescent >10 35 ergs s -1 quand flux X (Tanaka & Shibazaki 96, Chen et al. 97, Liu et al. 01) Cibles prioritaires pour INTEGRAL - spectres très durs, évolution avec le taux daccrétion - la plupart associées avec un trou noir (TN)

3 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Découverte de XTE J1720-318 Découverte le 9 janvier 2003 avec RXTE/ASM (Remillard et al. 03) Flux 2-12 keV : 130 ± 20 mCrab le 9 janvier 100 mCrab le 28 février Observée avec XMM- Newton, INTEGRAL 30 mars: détectée avec IBIS/ISGRI au-dessus de 40 keV (Goldoni et al. 03) Temps Universel (MJD) 52600527005280052900 Taux de comptage ASM 1,2-12 keV (cps/s) 0 10 20 30 Sursaut 10 janvier 430 ± 40 mCrab

4 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Contreparties IR et Radio Détection IR à M K = 15,31 ± 0,03 le 18 janvier (Nagata et al. 2003) Courbe de lumière décroissante, 2 pics secondaires IR corrélés avec X -1 er pic IR (29 janvier) 5 jours avant que X -2 nd pic IR (17 février) ~ en même temps que X Couleurs compatibles avec un disque irradié Forte extinction visible (A V ~ 8) : localisation probable au Centre Galactique Détection radio avec VLA et ATCA (Rupen et al. 2003) 16 janvier : 4,9 ± 0,1 mJy à 4,9 GHz α = 17 h 19 m 58 s.985 δ = -31°4501.109 ± 0,25 (J2000) Radio et IR : positions cohérentes

5 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Observations et Données analysées 20 février XMM-Newton/EPIC-PN : ToO de 20 ks Du 28 février au 2 mars RXTE- PCA : 1 ks INTEGRAL- JEM-X (3-35 keV) et IBIS/ISGRI (20-800 keV) : 176 ks déplacement 5×5 (ToO) Du 25 mars au 22 avril : vue par INTEGRAL, détectée par IBIS/ISGRI et SPI (20 keV-8 MeV)- 552 ks (dont 191 ks avec SPI * - 175 ks (ToO sur H 1743) Du 2 août au 16 octobre : vue par INTEGRAL, détectée par IBIS/ISGRI- 700 ks * * balayage approfondi des régions centrales

6 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Courbe de lumière IBIS/ISGRI 2003 Temps Universel (MJD) Taux de comptage IBIS/ISGRI (cps/s) 20-120 keV 0 2 6 4 -2 527005290052800 Orbites 46 à 122 (fin février-mi octobre) Pas temporel ~ 2 jours 2,1 mCrab 1,5 mCrab 36 mCrab

7 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Chronologie des Observations XMM, RXTE et INTEGRAL XMM RXTE Temps Universel (MJD) 526445274452844 Taux de comptage ASM 1,2-12 keV (cps/s) Taux de comptage IBIS/ISGRI 20-120 keV (cps/s) 30 20 10 6 40 4 2 0 Découverte TRANSITION

8 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Spectre XMM (20 février) Disque multicouleurs (corps noir) + loi de puissance absorbés N H ~ 1,24 ± 0,02 ×10 22 cm -2 kT in = 0,67 ± 0,01 keV α = 2,81 +0,60 χ 2 réd = 0,84 (ndl = 1062) A 8 kpc, L 0,7-10 keV = 4,9 × 10 37 ergs s -1 Disque représente ~ 85 % de la luminosité totale 2-100 keV R int = 48,7 ± 0,5 km (disque vu sous 60°) Energie (keV) norm cts/s/keV χ 12510 0 2 -2 0.1 1 10 0.01 6 ks 2,5 % systématiques -0,66

9 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Spectres RXTE/PCA, INTEGRAL/JEM-X et IBIS/ISGRI (28 février-2 mars) Même modèle raie Fe à 6,70 ± 0,20 keV kT in = 0,59 ± 0,01 keV R int = 85 +2 km α = 2,72 +0,29 χ 2 réd = 0,97 (ndl = 72) Spectre très mou L 2-100 keV = 2,5 × 10 37 ergs s -1 Composante du disque ~ 93 % de la luminosité totale L 20-200 keV = 2,2 × 10 35 ergs s - 1 T et R int : légères évolutions norm cts/s/keV 0.001 1 10 0.01 100 0.1 Energie (keV) 2050100105 RXTE/PCA 1ks 8 % systématiques N H bloquée à la valeur de XMM INT/JEM-X2 21 ks INT/IBIS/ISGRI 167 ks χ 0 2 -2 -4 -0,34

10 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Contribution des composantes 0.001 1 0.01 0.1 5010100 Energie (keV) E F(E) : keV/cm -2 /s/keV Disque multicouleurs Modèle Total Loi de puissance

11 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Mosaïque du centre galactique orbites 58 à 61 (debut avril) Coordonnées IBIS/ISGRI (J2000) α = 17 h 19 m 58 s,7 δ = -31°4443.7 17,7 : écart avec radio S/B = 312 S/B = 94 20-60 keV Centre Galactique Sgr A*

12 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Temps Universel (MJD) Taux de comptage IBIS/ISGRI (cps/s) 20-120 keV 0 2 6 4 -2 527005290052800 Orbites 46 à 122 Pas temporel ~ 2 jours Courbe de lumière détaillée et rapport de dureté IBIS/ISGRI (fin mars-mi avril) Taux de comptage (cps/s) 20-80 keV Pas temporel ~ 1 jour Pas temporel ~ 3 jours Indice de dureté 20-40/40-80 keV Orbites 55 à 63 6 4 2 1 0,8 0,6 0,4 Temps Universel (MJD) 5273052735527405274552750 11 mCrab 34 mCrab Courbe de lumière IBIS/ISGRI 2003

13 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Spectres sommés des orbites 55 à 63 (fin mars-mi avril) SPI (rev 62,63 exclues) IBIS/ISGRI 8% systématiques Norm cts/s/keV χ Energie (keV) 2 -2 0 0,0001 0,001 0,01 2050100200500 α = 1,9 ± 0,1 χ 2 réd = 1,11 (ndl = 51) Spectre bien plus dur relativement à fin février L 20-200 keV = 7 × 10 36 ergs s -1 Loi de puissance

14 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Norm cts/s/keV χ 2 -2 0 0,0001 0,001 0,01 20 Energie (keV) 50100200500 IBIS/ISGRI 8% systématiques SPI (rev 62,63 exclues) kT = 43 +32 keV τ = 2,7 ± 0,9 χ 2 réd = 0,99 (ndl = 50) F-test nouvelle composante de « coupure » significative à 99,8 % Comptonisation -11 Spectres sommés des orbites 55 à 63 (fin mars-mi avril)

15 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Bilan de cette étude (Cadolle Bel et al. 04, soumis à A&A) XTE J1720-318 : comportement typique de nova X variations déclat importantes Transition spectrale : état mou puis dur (anticorrélation flagrante) - caractéristique des candidats TN - paramètres du disque différents entre XMM et RXTE/INTEGRAL récession du disque ? XMM pendant maxi pic secondaire (vu par IR) : norme changée ? - état dur : coupure à haute énergie ? paramètres de comptonisation typiques de létat dur Extinction déduite de lIR cohérente avec notre estimation du N H fortement obscurcie : localisée dans les régions centrales de la galaxie

16 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Novae X observées dans le Bulbe Galactique Novae X déjà observées (flux 1 Crabe-100 mCrabes) KS 1730-312,GRS 1731-31, GRS 1739-278, H 1743-322, XTE J1748-288, XTE J1755-324 2 novae vues en 2003 grâce à INTEGRAL : XTE J1720-318 et H 1743-322 :éruption en avril spectres combinés 5-200 keV (JEM-X et SPI) état mou, indice de photon 2,70 ± 0,09 (Parmar et al. 2003)

17 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 XTE J1755-324, un candidat trou noir Explosions courtes, cycliques Courbe de lumière classique, état mou puis dur (pic secondaire vu par SIGMA en septembre 1997, Goldoni et al. 99) Taux de comptage ASM 2-12 keV (mCrabes) 1000 100 Indice de dureté 5-12/1,3-3 keV 0,1 10 Temps Universel (MJD - 500 000) 700660 680 720740 10 1 0,01 Observation SIGMA

18 17/06/04 Marion Cadolle Bel Evolution spectrale de la source transitoire XTE J1720-318 Perspectives XTE J1720-318 actuellement sous le seuil de détection dINTEGRAL Observations dautres novae X du bulbe (faibles aussi) - étude statistique des populations - ToO simultanées INTEGRAL et RXTE prévues - variations déclats : laboratoire idéal pour létude de la physique autour dun TN Sources brillantes et proches encore mieux observables Observations simultanées importantes en X, visible et IR indices essentiels pour comprendre - la nature de la source émissive - les mécanismes dexplosions - la propagation de zones chaudes à travers le disque

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