Pulsars, transients and relativistic astrophysics

Abstract:

The radiation from accreting X-ray pulsars was expected to be highly polarized, with some estimates for the polarization degree of up to 80%. However, phase-resolved and energy-resolved polarimetry of X-ray pulsars is required in order to test different models and to shed light on the emission processes and the geometry of the emission region. Here we present the first results of the observations of the accreting X-ray pulsar Vela X-1 performed with the Imaging X-ray Polarimetry Explorer. Vela X-1 is considered to be the archetypal example of a wind-accreting, high-mass X-ray binary system, consisting of a highly magnetized neutron star accreting matter from its supergiant stellar companion. The spectropolarimetric analysis of the phase-averaged data for Vela X-1 reveals a polarization degree (PD) of 2.3% ± 0.4% at the polarization angle (PA) of −47.°3 ± 5.°4. A low PD is consistent with the results obtained for other X-ray pulsars and is likely related to the inverse temperature structure of the neutron star atmosphere. The energy-resolved analysis shows the PD above 5 keV reaching 6%–10% and a ∼90° difference in the PA compared to the data in the 2–3 keV range. The phase-resolved spectropolarimetric analysis finds a PD in the range 0%–9% with the PA varying between −80° and 40°

Abstract:

A number of neutron stars have been observed within the remnants of the core-collapse supernova explosions that created them. In contrast, black holes are not yet clearly associated with supernova remnants (SNRs). Indeed, some observations suggest that black holes are “born in the dark,” i.e., without a supernova explosion. Herein, we present a multiwavelength analysis of the X-ray transient Swift J1728.9−3613, based on observations made with Chandra, ESO-VISTA, MeerKAT, NICER, NuSTAR, Swift, and XMM-Newton. Three independent diagnostics indicate that the system likely harbors a black hole primary. Infrared imaging signals a massive companion star that is broadly consistent with an A or B spectral type. Most importantly, the X-ray binary lies within the central region of the cataloged SNR G351.9−0.9. Our deep MeerKAT image at 1.28 GHz signals that the remnant is in the Sedov phase; this fact and the nondetection of the soft X-ray emission expected from such a remnant argue that it lies at a distance that could coincide with the black hole. Utilizing a formal measurement of the distance to Swift J1728.9−3613 ( d = 8.4 ± 0.8 kpc), a lower limit on the distance to G351.9−0.9 ( d ≥ 7.5 kpc), and the number and distribution of black holes and SNRs within the Milky Way, extensive simulations suggest that the probability of a chance superposition is <1.7% (99.7% credible interval). The discovery of a black hole within an SNR would support numerical simulations that produce black holes and remnants, and thus provide clear observational evidence of distinct black hole formation channels. We discuss the robustness of our analysis and some challenges to this interpretation

Abstract:

Der universitäre Beitrag zum Aufbau der Large Size Telescopes (LSTs) als Bestandteil des Cherenkov Telescope Arrays wird im Verbund mit den beteiligten Max-Planck Instituten und DESY-Zeuthen im Rahmen der internationalen Kooperation geleistet. Die Förderung im Rahmen von ErUM zum Thema Universum ermöglicht den universitären Partnern somit den Zugang zu Großgeräten der Astroteilchenphysik. In dem hier geförderten Teilprojekt an der Universität Hamburg wird der Aufbau und Optimierung von Komponenten und Methoden für die ersten vier LSTs am Standort La Palma gefördert. Mit den bereitgestellten Förderungsmitteln konnten nach der Unterbrechung der Förderung zwischen 2017 und 2020 die Arbeiten zur Kalibration der Instrumente wieder aufgenommen und intensiviert werden. Neben der Projektleitung hat Dr. Martin Tluczykont und Ali Baktash (Promotion) mit Unterstützung von studentischen Hilfskräften den wissenschaftlichen Teil der Arbeiten ausgeführt. Weiterhin haben Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen der mechanischen Werkstatt die Anfertigung von Aktuatoren für die Spiegelhalterung übernommen. Der Schwerpunkt der Arbeiten lagen in der Entwicklung von einer Methode, um anhand von zwei CCD-Kameras die Ausrichtung der optischen Achsen des Cherenkovteleskops und die relative Position der Cherenkovkamera in Himmelskoordinaten zu kontrollieren. Ein weiterer wissenschaftlicher Beitrag ist das EASpy-Paket, mit dem sich Luftschauer auch bei sehr großen Zenitwinkeln verlässlich und schnell simulieren lassen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Simulationsprogrammen können so Beobachtungen bei großen Zenitwinkeln mit verschiedenen Konfigurationen der Teleskope simuliert und die resultierende Empfindlichkeit absgechätzt und optimiert werden. Weiterhin ist es auch möglich, den Beitrag von Fluoreszenzlicht zu berechnen. Diese Option ist mit den bisherigen Werkzeugen nicht möglich. Weiterhin können die Leistungsfähigkeit von verschiedenen Teleskopen und Konfigurationen direkt miteinander verglichen werden (Gesichtsfeld, Granularität der Kamera, Größe des Spiegels, Anordnung von mehreren Teleskopen). Die Simulationen konnten direkt mit Beobachtungen mit dem sehr großen H.E.S.S.-Teleskop in Namibia verglichen werden. Die Optimierung der Kalibrationsmethoden für die Ausrichtung der Teleskope ist wegweisend für die Anordnung der CCD-Kameras der weiteren LSTs. Datei-Upload durch TI