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Semaine de lAstrophysique Française du 26 au 30 juin 2006 High-energy broad-band spectra of Cygnus X-1 measured by INTEGRAL Marion Cadolle Bel, APC/CEA-Saclay.

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1 Semaine de lAstrophysique Française du 26 au 30 juin 2006 High-energy broad-band spectra of Cygnus X-1 measured by INTEGRAL Marion Cadolle Bel, APC/CEA-Saclay et al. SAp (Saclay), CESR (Toulouse)

2 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Systèmes Binaires X Objet compact + étoile compagnon - Accrétion donc échauffement (rayonnement X et γ ) - Éjection de matière processus physiques proches de lobjet compact problèmes à résoudre 300 binaires X connues de la Voie Lactée : 18 TN confirmés ; 22 candidats (McClintock et Remillard 03) 2 classes :- HMXB (compagnon massif O ou B) : Cygnus X-1 - LMXB ( faible masse) : XTE J1720 Cadolle Bel et al. 2004, A&A, 426, Étude variabilités émissions haute énergie : plusieurs états spectraux à analyser/modéliser sur une large bande (du keV au MeV) avec INTEGRAL…

3 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Cygnus X-1, Prototype HMXB Émission X brillante persistante er trou noir reconnu en 1972 Binaire X de grande masse à 2,4 kpc - période orbitale 5,6 j - accrétion par vents Trou noir de 10 M supergéante bleue (type O9.7 I) de 20 M Gallo et al. 2005, Nature, 436, 819 Détection dun jet relativiste

4 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Classifications Spectrales Haut/Mou Composante dominante thermique molle en X Indice loi de puissance > 2,3 Bas/Dur (70% du temps) Faible flux des X mous, fort flux pour les photons durs (MeV) Indice 1,5-2 ; coupure à E > 100 keV Bas/Dur Haut/Mou McConnell et al ,1 0,5 Indice spectral Jours Juliens Tronqués (TJD) Flux -1, Cps s Indice BATSE ( keV) Flux BATSE coups RXTE (2-12 keV) Haut/Mou Bas/Dur

5 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Courbe de lumière RXTE/ASM Temps Universel (MJD) Taux de comptage ASM (cps s -1 ) 1,5- 12 keV AB Comportement spectro-temporel complexe (variabilité rapide X, spectre dur > 100 keV, radio) 290 mCrab 1,3 Crab Cadolle Bel et al. 2006a, A&A, 446,

6 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Courbe de lumière indice de dureté IBIS/ISGRI Taux de comptage (cps s -1 ) keV Indice de dureté 20-30/ keV 0,6 0,8 1 1,2 1, Temps Universel (MJD) AB 670 mCrab 910 mCrab

7 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Spectre large bande (période A) cps normalisés s -1 keV -1 0, ,01 0,1 χ Énergie (keV) JEM-X (31 ks) SPI (365 ks) IBIS/ISGRI (365 ks) IBIS/PICsIT (159 ks)

8 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Modélisations Énergie kT in Intensité kT e- Photons directs mous Photons durs indirects comptonisés Photons réfléchis Jets Couronne délectrons chauds relativistes Disque multicouleurs IRX durs- γ Bas/Dur Haut/Mou Sunyaev et Titarchuk 80 y=kT e- Max ( τ, τ 2 ) /m e- c 2

9 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Spectres comparés en photons Énergie (keV) Époque A y = 0,51 ± 0,10 kT e- = 67 ± 8 keV τ = 1,98 ± 0,22 ω/2π = 0,25 ± 0,03 χ 2 réd = 1,45 (230) Époque B y = 0,19 ± 0,07 kT e- = 100 ± 21 keV τ = 0,98 ± 0,26 ω/2π = 0,57 ± 0,08 kT in = 1,16 ± 0,07 keV Fe : 7,02 ± 0,11 keV χ 2 réd = 1,69 (236) EF(E) (keV cm -2 s -1 )

10 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Pourquoi ça ne marche pas ? Controverses sur : - localisation / géométrie de la couronne (kT e -, τ ) - sous-estimation de la haute énergie > 200 keV, inadapté quand - τ couronne 1 - spectre Bas/Dur : diffusion Compton modélisée avec σ diverses pour inclure effets relativistes (Titarchuk 94) Composante de réflexion ajoutée (Magdziarz et Zdziarski 95) : ω/2π « Bulk Motion » : mouvement densemble délectrons relativistes en chute libre (Laurent et Titarchuk 01) Modèles « hybrides » : distribution thermique et non thermique pour les particules de la couronne : émissions jusquau MeV (Poutanen et Svensson 98 ; Coppi 99)

11 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Modèles Hybrides Motivation : spectres observés chez Cygnus X-1 = pas de coupure ! Distribution du plasma Maxwellienne ou non thermique ? les 2 à la fois Géométrie de la source de photons (disque) + couronne en sandwich ou sphérique Paramètres : R, Γ p ou γ inj, l s (corps noir), l h = l nth + l th, τ P - Compacité (sans dimension) l i = (L i σ T ) / R m e- c 3 - Distribution des électrons :loi de puissance (tronquée ou pas) fonction δ Comptonisation et réflexion inclues (auto-consistantes)

12 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Spectres hybrides Émission non thermique ~ 50% pour modéliser la haute énergie État Intermédiaire (présence du disque, luminosité proche de létat Dur) Γ pow = 2,68 ± 0,15 (mais surestime flux) χ 2 réd = 1,29 (245) γ inj = 8,41 ± 0,77 χ 2 réd = 0,99 (245) Cadolle Bel et al. 2006, A&A, 446, 591 ; Malzac et al. 2006, A&A, 448, Énergie (keV) EF(E) (keV cm -2 s -1 ) Énergie (keV) χχ

13 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Corrélations flux X - radio 1/2 Forte corrélation entre dureté X et flux radio (sur la journée) Densité de flux radio à 15 GHz (mJy) Dureté X ( keV)/(4-5 keV)

14 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 Corrélations flux X - radio 2/2 Flux radio : - anti-corrélé avec flux X 3-7 keV - corrélé avec flux 15 keV PIVOT vers 10 keV corrélé avec la radio plutôt que flux 3-25 keV avec la radio (Corbel et al. 2003) mais ok car IS Log Flux (erg cm -2 s -1 ) Log Flux radio à 15 GHz (mJy) 3-4 keV 9-11 keV keV

15 Marion Cadolle Bel SF2A 2006 PERSPECTIVES Cygnus X-1 : Comptonisation hybride + couplage inhabituel radio Corrélation réelle ? Cadolle Bel et al. 2006b in prep. (nova X) Analyser les changements détats dautres sources pour affiner modélisations Combiner les résultats dINTEGRAL (3 keV-10 MeV) avec dautres λ = accès à différentes zones : accrétion+jets ; compagnon propositions VLA/VLBA et NTT simultanées avec INTEGRAL et RXTE Analyse temporelle rapide à développer (QPOs) 30 keV Contribution à haute énergie à comprendre : novae X + brillantes…


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