The multiwavelength properties of a sample of magellanic cloud and galactic supersoft X-ray binaries
Loading...
Date
2015-02
Authors
Odendaal, Alida
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of the Free State
Abstract
English: Supersoft X-ray sources constitute a class of astronomical objects characterized by
extremely high X-ray luminosities (~1037 erg s-1), and low ffective temperatures,
typically 20-100 eV. The canonical model for these sources involves a white dwarf
(WD) accreting from a more massive companion in a binary system at a very high
rate (~10-7 M. yr-1). The high soft X-ray luminosity is derived from steady or
quasi-steady nuclear burning of accreted hydrogen in a shell on the WD surface.
In this study, an observational investigation of accretion-related variability on timescales
of seconds to years is carried out for a selection of supersoft X-ray binaries.
The principal target of interest is CAL83 in the Large Magellanic Cloud (LMC).
The other included targets are the LMC source RX J0513.9-6951 (RXJ0153), and
MR Vel in the Milky Way. According to the literature, these sources have several
properties in common. Each source contains a massive WD accreting through an
accretion disc. Signatures of out ows with velocities of several thousand km s-1 are
present in their spectral line profles in the form of Doppler shifted emission and
P Cyg absorption features. They are non-eclipsing binaries, and the orbital inclinations
of especially CAL83 and RXJ0513 are very low. The latter two sources exhibit
large-scale anti-correlated X-ray and optical variability on superorbital time-scales
>100 d, which has been explained by cyclic changes of the WD envelope between
a contracted high-temperature and an expanded low-temperature state. A variable
~67 s X-ray periodicity is found in the XMM-Newton lightcurves of CAL83. This
periodicity can be explained by a model similar to the LIMA model developed for
dwarf nova oscillations. A correlation between X-ray temperature and
ux is also confirmed on all the observed time-scales. New SALT spectra of the three sources are presented, and confirm the presence of outflows, which may be driven by magnetohydrodynamic (MHD) processes. Variable emission from ionized O vi appears to
support the presumed temperature modulations associated with superorbital cycles.
SHOC fast photometric lightcurves of these sources reveal no strictly periodic modulations,
but rather quasi-periodic modulations on various time-scales of the order
of 1000 s. As in cataclysmic variables, these phenomena are expected to be related
to MHD turbulence. The OGLE-IV lightcurves of CAL83 and RXJ0513 spanning
the last 6 years confirm the continuation of superorbital cycles of the same nature
as previously during the MACHO and OGLE-III projects.
Afrikaans: Sagte X-straal bronne vorm 'n onderafdeling van astronomiese sisteme wat gekenmerk word deur geweldige hoë X-straal helderhede (~1037 erg s-1), en lae temperature, tipies 20-100 eV. Die aanvaarde model vir hierdie bronne behels 'n wit dwerg in 'n binêre sisteem wat akkresie ondergaan teen 'n baie hoë tempo (~10-7 M. yr-1) vanaf 'n geselster met 'n groter massa as die wit dwerg. Die oorsprong van die hoë sagte X-straal helderheid is die gelykmatige of kwasi-gelykmatige kernbranding van waterstof in 'n skil op die wit dwerg se oppervlak. In hierdie studie word 'n waarnemingsgeoriëenteerde ondersoek uitgevoer na akkresieverwante veranderlikheid oor tydskale van sekondes tot jare in 'n versameling van sagte X-straal binêre sisteme. Die hoofbron in hierdie studie is CAL83 in the Groot Magellaanse Wolk. Die ander bronne wat ingesluit is, is die bron RX J0513.9-6951 (RXJ0153), ook in die Groot Magellaanse Wolk, en MR Vel in die Melkweg. Volgens die literatuur, het hierdie bronne verskeie eienskappe in gemeen. Elke bron bevat 'n hoë-massa wit dwerg wat akkresie ondergaan deur 'n akkresieskyf. Bewyse van uitvloeie teen snelhede van 'n hele paar duisend km s-1 is teenwoordig in die profiele van die spektraallyne van hierdie bronne, in die vorm van Doppler-verskuifde emissie, sowel as P Cyg absorpsiekomponente. Geen eklips van een van die bin^ere komponente word waargeneem in hierdie bronne nie, en die orbitale inklinasiehoek van veral CAL83 en RXJ0513is baie klein. Laasgenoemde twee bronne openbaar grootskaalse X-straal en optiese variasie oor lang tydskale van >100 d, met 'n anti-korrelasie tussen die X-straal en optiese vloed. Hierdie verskynsel word verklaar deur sikliese veranderings van die wit dwerg atmosfeer tussen 'n gekrimpte hoë-temperatuur toestand, en 'n uitgesette lae-temperatuur toestand. 'n Veranderlike ~67 s ossillasie word gevind in die XMM-Newton ligkurwes van CAL83. Hierdie ossillasie word verklaar deur 'n model soortgelyk aan die LIMA model wat ontwikkel is vir dwergnova ossillasies. 'n Korrelasie tussen X-straal temperatuur en -vloed word bevestig oor alle waargenome tydskale. Nuwe SALT spektra van die drie bronne word aangebied, en bevestig die teenwoordigheid van uitvloeie, wat moontlik gedryf word deur magnetohidrodinamiese (MHD) prosesse. Dit kom voor asof veranderlike emissie van geioniseerde O vi die vermoedelike temperatuurveranderinge gedurende die lang-tydskaal siklusse ondersteun. SHOC vinnige fotometriese ligkurwes van hierdie bronne openbaar geen streng periodiese ossillasies nie, maar eerder kwasi-periodiese modulasies oor verskeie tydskale van die orde van 1000 s. Soos wat die geval is in kataklismiese veranderlikes, word daar verwag dat hierdie verskynsel geassosieer word met MHD turbulensie. Die OGLE-IV ligkurwes van CAL83 en RXJ0513 wat oor die afgelope 6 jaar strek, bevestig voortsetting van langtermyn siklusse van dieselfde aard as wat voorheen waargeneem is tydens die MACHO en OGLE-III projekte.
Afrikaans: Sagte X-straal bronne vorm 'n onderafdeling van astronomiese sisteme wat gekenmerk word deur geweldige hoë X-straal helderhede (~1037 erg s-1), en lae temperature, tipies 20-100 eV. Die aanvaarde model vir hierdie bronne behels 'n wit dwerg in 'n binêre sisteem wat akkresie ondergaan teen 'n baie hoë tempo (~10-7 M. yr-1) vanaf 'n geselster met 'n groter massa as die wit dwerg. Die oorsprong van die hoë sagte X-straal helderheid is die gelykmatige of kwasi-gelykmatige kernbranding van waterstof in 'n skil op die wit dwerg se oppervlak. In hierdie studie word 'n waarnemingsgeoriëenteerde ondersoek uitgevoer na akkresieverwante veranderlikheid oor tydskale van sekondes tot jare in 'n versameling van sagte X-straal binêre sisteme. Die hoofbron in hierdie studie is CAL83 in the Groot Magellaanse Wolk. Die ander bronne wat ingesluit is, is die bron RX J0513.9-6951 (RXJ0153), ook in die Groot Magellaanse Wolk, en MR Vel in die Melkweg. Volgens die literatuur, het hierdie bronne verskeie eienskappe in gemeen. Elke bron bevat 'n hoë-massa wit dwerg wat akkresie ondergaan deur 'n akkresieskyf. Bewyse van uitvloeie teen snelhede van 'n hele paar duisend km s-1 is teenwoordig in die profiele van die spektraallyne van hierdie bronne, in die vorm van Doppler-verskuifde emissie, sowel as P Cyg absorpsiekomponente. Geen eklips van een van die bin^ere komponente word waargeneem in hierdie bronne nie, en die orbitale inklinasiehoek van veral CAL83 en RXJ0513is baie klein. Laasgenoemde twee bronne openbaar grootskaalse X-straal en optiese variasie oor lang tydskale van >100 d, met 'n anti-korrelasie tussen die X-straal en optiese vloed. Hierdie verskynsel word verklaar deur sikliese veranderings van die wit dwerg atmosfeer tussen 'n gekrimpte hoë-temperatuur toestand, en 'n uitgesette lae-temperatuur toestand. 'n Veranderlike ~67 s ossillasie word gevind in die XMM-Newton ligkurwes van CAL83. Hierdie ossillasie word verklaar deur 'n model soortgelyk aan die LIMA model wat ontwikkel is vir dwergnova ossillasies. 'n Korrelasie tussen X-straal temperatuur en -vloed word bevestig oor alle waargenome tydskale. Nuwe SALT spektra van die drie bronne word aangebied, en bevestig die teenwoordigheid van uitvloeie, wat moontlik gedryf word deur magnetohidrodinamiese (MHD) prosesse. Dit kom voor asof veranderlike emissie van geioniseerde O vi die vermoedelike temperatuurveranderinge gedurende die lang-tydskaal siklusse ondersteun. SHOC vinnige fotometriese ligkurwes van hierdie bronne openbaar geen streng periodiese ossillasies nie, maar eerder kwasi-periodiese modulasies oor verskeie tydskale van die orde van 1000 s. Soos wat die geval is in kataklismiese veranderlikes, word daar verwag dat hierdie verskynsel geassosieer word met MHD turbulensie. Die OGLE-IV ligkurwes van CAL83 en RXJ0513 wat oor die afgelope 6 jaar strek, bevestig voortsetting van langtermyn siklusse van dieselfde aard as wat voorheen waargeneem is tydens die MACHO en OGLE-III projekte.
Description
Keywords
X-rays: binaries, Binaries: close, White dwarfs, Stars: oscillations, Accretion discs, MHD, Stars: winds, outflows, Stars: individual: CAL83, Stars: individual: RX J0513.9-6951, Stars: individual: MR Vel, Thesis (Ph.D. (Physics))--University of the Free State, 2015