Observations of black hole binaries in the integral era : binaires à trou noir à l'ère d'INTEGRAL

par Melania Del Santo

Thèse de doctorat en Astrophysique

Sous la direction de Peter von Ballmoos et de Pietro Ubertini.


  • Résumé

    Une binaire X est un système constitué de une étoile et d'un objet compact (étoile à neutron ou trou noir). La matière de l'étoile compagnon qui tombe sur l'objet compact avec une géométrie de disque, est un puissant émetteur de rayons X et gamma. Un des objectifs de la mission en bande Gamma INTEGRAL est justement la recherche et l'étude de ce type d'objets, qu'ils soient transitoires ou persistants. Un balayage périodique du plan et de la région du Centre galactique, riches de tels systèmes binaires est prévu dans le cadre du " INTEGRAL Core Programme ". Grâce au télescope IBIS/ISGRI, permettant la formation d'images haute résolution et fonctionnant dans la bande 20-600 keV, il est possible de résoudre ces objets jusqu'à 12' FWHM et d'en étudier le spectre à haute énergie. Le travail de doctorat décrit dans ce manuscrit se divise en deux phases distinctes trouvant leur continuité dans l'instrument IBIS. La première phase concerne, dans une première partie plus expérimentale, la calibration au sol et en vol de l'instrument IBIS à l'aide d'observations du Crabe et l'étude de ses performances à l'aide d'observations de Cyg X-1. D'autre part, elle décrit les premiers résultats scientifiques, parmi lesquels la réalisation du premier catalogue de IBIS et l'attribution de l'émission diffuse entre 20-100 keV à des sources ponctuelles galactiques. La seconde phase concerne les observations, l'analyse et l'interprétation des données de trois objets binaires contenant un trou noir observées simultanément par INTEGRAL et d'autres satellites en bande X comme XMM et RXTE. En particulier, je présent les deux candidates trois noirs transitoires, XTE J1720-318 et IGRJ 17464-3213 et l'évolution spectral et de luminosité durant un sursaut d'activité (" outburst "). Le troisième est par contre un objet persistant, 1E1740. 7-2942, qui se trouve à peu d'arcs minutes du Centre galactique. Nous en avons suivi l'évolution temporelle avec IBIS lors de la première année d'observations d'INTEGRAL (Février–Octobre 2003), durant laquelle le flux a varié d'un facteur 3. Une étude spectrale à bande large a également été réalisée à l'aide d'observations RXTE/PCA et INTEGRAL. A partir de Septembre 2003, la source a initié une phase de décroissance du flux, laquelle a coïncidé avec un changement d'état spectral. Le spectre d'émission de dur est devenu mou dans un régime de faible accrétion. Les différents états spectraux sont discutés dans le cadre d'un modèle thermique de Comptonization. A partir de Mars 2004, le flux est descendu au dessous des valeurs de sensibilité des détecteurs, soit IBIS/ISGRI que PCA, un état de quiescence unique qui se poursuit encore actuellement.


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  • Résumé

    An X-ray binary is a system containing a compact object (black hole, neutron star or white dwarf) accreting material from a companion star. The matter falling on the compact object is an emitter of X and even soft-gamma radiation. Searching and studying these objects, either transient or persistent, is one of the main goal of INTEGRAL, the in-orbit ESA mission devoted to X-ray and gamma-ray astrophysics. Scans of the Galactic plane and deep exposures of the Galactic Centre are performed periodically by INTEGRAL in the framework of the Core Programme guaranteed time. These regions are well known to be rich of X-ray binaries. Thanks to its unprecedented combined spatial resolution (12' FHM) and sensitivity, the IBIS/ISGRI telescope on board INTEGRAL provides high resolution images and good quality spectra in the energy range 15-600 keV. The work reported in this thesis is divided in two different parts which are linked to the status of the IBIS instrument during the different stages of its operation. In the first part, on-ground and in-flight calibration activities of the IBIS telescope are described. Observations of the Crab have been used in order to improve the spectral response matrix of the instrument; sensitivity and imaging capabilities have been accurately tested with several pointings of the Cyg X-1 region. In order to give an idea of the IBIS scientific performances, among the several results of the first year of observations, I briefly report on two key results I have been contributing: the first IBIS source catalogue and the origin of the Galactic diffuse emission between 20 and 100 keV, explained as being mainly due to the emission of previously unresolved Galactic point sources. The second part concerns data analysis and interpretation of three black hole binaries observed with INTEGRAL and simultaneously with two other X-ray satellites, namely XMM-Newton and RXTE. I present in this thesis the spectral evolution and luminosity variation of two transient black hole candidates, XTE J1720-318 and IGR J17464-3213, observed during their 2003 outburst activities. . .

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( 113 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 106-113

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2005TOU30052
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