Timing variability in X-ray binaries: observations with INTEGRAL. Modeling.
Variabilité temporelle des binaires-X : observations avec INTEGRAL. Modélisation.
Résumé
The exact origin of the observed X and Gamma ray variability in X-ray binaries is still an open debate in high energy astrophysics. Among others, these objects are showing aperiodic and quasiperiodic luminosity variations on timescales as small as the millisecond. This erratic behavior must put constraints on the proposed emission processes occuring in the vicinity of the neutron star or the stellar mass black-hole held by these objects.
We propose here to study their behavior following 3 different ways: first we examine the evolution of a particular X-ray source discovered by INTEGRAL, IGR J19140+0951. Using timing and spectral data given by different instruments, we show that the source type is plausibly consistent with a High Mass X-ray Binary hosting a neutron star. Subsequently, we propose a new method dedicated to the study of timing data coming from coded mask aperture instruments. Using it on INTEGRAL/ISGRI real data, we detect the presence of periodic and quasi-periodic features in some pulsars and microquasars at energies as high as a hundred keV.
Finally, we suggest a model designed to describe the low frequency variability of X-ray binaries in their hardest state. This model is based on thermal comptonization of soft photons by a warm corona in which a pressure wave is propagating in cylindrical geometry. By computing both numerical simulations and analytical solution, we show that this model should be suitable to describe some of the typical features observed in X-ray binaries power spectra in their hard state and their evolution such as aperiodic noise and low frequency quasi-periodic oscillations.
We propose here to study their behavior following 3 different ways: first we examine the evolution of a particular X-ray source discovered by INTEGRAL, IGR J19140+0951. Using timing and spectral data given by different instruments, we show that the source type is plausibly consistent with a High Mass X-ray Binary hosting a neutron star. Subsequently, we propose a new method dedicated to the study of timing data coming from coded mask aperture instruments. Using it on INTEGRAL/ISGRI real data, we detect the presence of periodic and quasi-periodic features in some pulsars and microquasars at energies as high as a hundred keV.
Finally, we suggest a model designed to describe the low frequency variability of X-ray binaries in their hardest state. This model is based on thermal comptonization of soft photons by a warm corona in which a pressure wave is propagating in cylindrical geometry. By computing both numerical simulations and analytical solution, we show that this model should be suitable to describe some of the typical features observed in X-ray binaries power spectra in their hard state and their evolution such as aperiodic noise and low frequency quasi-periodic oscillations.
L'origine de la variabilité observée dans l´émission X et Gammas des binaires X reste encore à ce jour un problème largement débattu en astrophysique des hautes énergies. Ces objets présentent notamment des fortes variations apériodiques et quasi-périodiques de leur luminosité sur d´aussi petites échelles de temps que la milliseconde et ce comportement erratique doit permettre de contraindre les modèles d´émission des zones les plus rapprochées des étoiles à neutrons ou des trous noirs de masse stellaire les constituant.
Nous nous proposons dans ce manuscrit d´étudier le comportement de ces objets sous 3 angles différents : tout d´abord nous suivons l´évolution d´une source découverte par le satellite INTEGRAL, IGR J19140+0951. Par une étude spectro-temporelle et multi-instruments nous montrons que celle-ci doit vraisemblablement appartenir à la classe des binaires X de grande masse et abriter une étoile à neutron. Ensuite, nous proposons une nouvelle technique adaptée à l´étude temporelle des données provenant d´instruments à masques codés. Nous mettons en évidence par ce biais la présence de comportement périodiques et quasi-périodiques dans les données INTEGRAL/ISGRI de certains pulsars ou microquasars, jusqu'à des énergie proches de la centaine de keV.
Enfin, nous proposons un modèle pour décrire la variabilité à basse fréquence des états les plus durs des binaires-X. Celui-ci est basé sur la comptonisation thermique de photons mous par une couronne chaude soumise à une onde de pression en géométrie cylindrique. Nous montrons alors par des solutions analytiques et une résolution numérique du problème qu´un tel modèle pourrait permettre de décrire certaines composantes observées dans les spectres de puissance des états durs ainsi que leur évolution tels que le bruit apériodique et certaines oscillations périodiques de basses fréquences.
Nous nous proposons dans ce manuscrit d´étudier le comportement de ces objets sous 3 angles différents : tout d´abord nous suivons l´évolution d´une source découverte par le satellite INTEGRAL, IGR J19140+0951. Par une étude spectro-temporelle et multi-instruments nous montrons que celle-ci doit vraisemblablement appartenir à la classe des binaires X de grande masse et abriter une étoile à neutron. Ensuite, nous proposons une nouvelle technique adaptée à l´étude temporelle des données provenant d´instruments à masques codés. Nous mettons en évidence par ce biais la présence de comportement périodiques et quasi-périodiques dans les données INTEGRAL/ISGRI de certains pulsars ou microquasars, jusqu'à des énergie proches de la centaine de keV.
Enfin, nous proposons un modèle pour décrire la variabilité à basse fréquence des états les plus durs des binaires-X. Celui-ci est basé sur la comptonisation thermique de photons mous par une couronne chaude soumise à une onde de pression en géométrie cylindrique. Nous montrons alors par des solutions analytiques et une résolution numérique du problème qu´un tel modèle pourrait permettre de décrire certaines composantes observées dans les spectres de puissance des états durs ainsi que leur évolution tels que le bruit apériodique et certaines oscillations périodiques de basses fréquences.
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