Multiwavelength study of accretion-powered pulsars

Laburpena

El trabajo de tesis consiste en un estudio multibanda de binarias de rayos X de gran masa, Las binarias de rayos X de gran masa (HMXB) representan una fase en la evolución de los sistemas binarios formados originalmente por dos estrellas de tipo OB. Están formadas por una estrella de neutrones en órbita cercana alrededor de una estrella OB supergigante (SGXRB) o una estrella Be (BeXRB). La emisión de rayos X se origina cuando la estrella de neutrones puede acrecer materia del entorno circunestelar de su compañera menos evolucionada: del viento radiativo si se trata de una supergigante, o del disco circunestelar en el caso de una estrella Be. La emisión de rayos X es por lo general en forma de pulsos, de modo que las HMXB constituyen el grupo más numeroso de púlsares de rayos X. Las HMXB son sistemas de vida corta, y por tanto están siempre cerca de sus lugares de formación. El estudio de su distribución espacial es una importante herramienta para investigar la historia de la formación estelar reciente en la Vía Láctea y en otras galaxias del grupo local. Es bien conocido que los procesos de formación estelar intensa tienen lugar en nubes moleculares. Por tanto, las nubes moleculares densas en las cuales se está desarrollando la formación estelar deberían de estar asociadas a importantes poblaciones de binarias de rayos X de gran masa. Sin embargo, asociaciones de este tipo no se han encontrado en nuestra Galaxia hasta tiempo muy reciente. En los últimos cinco años la misión INTEGRAL de la Agencia Espacial Europea ha revelado la presencia de una importante población de HMXB en los brazos galácticos de Scutum y Norma, regiones ambas ricas en nubes moleculares densas. La gran profundidad óptica de estas nubes produce una importante extinción en las bandas óptica, ultravioleta y de rayos X, que constituyen las ventanas observacionales clásicas en las que la gran mayoría de las HMXB han sido descubiertas y sus contrapartidas de baja energía identificadas. Las únicas ventanas practicables para buscar binarias de rayos X en las regiones más internas de las nubes moleculares masivas son el infrarrojo y los rayos gamma, donde la fotoabsorción es significativamente más baja. En efecto, la mayoría de las nuevas HMXB descubiertas por INTEGRAL están fuertemente absorbidas, virtualmente inobservables a energías inferiores a los 4 keV. Eso explica como no fueron detectadas por las misiones de rayos X anteriores a INTEGRAL. Las contrapartidas ópticas de estas fuentes oscurecidas son difícilmente observables a causa de la elevada extinción interestelar, con AV superior a 20 mag. (Revnivtsev 2003; Walter et al. 2004). Debido a esto, la contrapartida de baja energía (óptica o infrarroja) de la gran mayoría de estas nuevas fuentes todavía no se ha encontrado. La identificación de contrapartidas ópticas/IR es un paso necesario para realizar un estudio detallado de estos sistemas. Con datos limitados al rango de las altas energías, la comprensión de su compleja estructura y dinámica no puede ser completa. El objetivo general de este proyecto es el estudio de las poblaciones de binarias de rayos X de gran masa recientemente descubiertas en los brazos galácticos de Scutum y Norma. En particular, se llevò a cabo una identificación de contrapartidas infrarrojas a las fuentes de rayos gamma descubiertas por INTEGRAL. La identificación se hizo a partir de espectroscopía de resolución intermedia en la banda K. Se obtuvo espectroscopía de objetos muy enrojecidos en los cÌrculos de error de la posición determinada por INTEGRAL. La segunda parte de la tesis consiste en el primer estudio en banda X de cuatro HMXBs durante outburst gigantes. Se ha llevado a cabo analisis de colores, espectral y temporal de cuatro Be/XRBs. Con este trabajo investigamos la variabilidad espectral y temporal de cuatro púlsares de rayos X con compañera Be durante outbursts de tipo gigantes. Por outbursts gigantes nos referimos a outbursts de tipo II, donde la luminosidad en la banda X llega al límite de Eddington. Nuestro objetivo es definir y caracterizar posibles estados espectrales, tal y como se ha hecho para las LMXBs y agujeros negros. Para ello se utilizaron las propiedades espectrales y temporales, la posición de las fuentes en el diagrama color-color a lo largo del outburst y de las correlaciones de esas propiedades entre ellas. Se han identificado dos ramas en los diagramas intensidad/color de todas las cuatro fuentes, una de baja intensidad (HB), otra de alta intensidad (DB). Como en los sistemas de baja masa, las fuentes no saltan por el diagrama, sino se mueven de manera continua y progresiva en él, siguiendo el patrón. Las diferencias entre los sistemas identifican claramente dos subgrupos, con los púlsares más lentos, KS 1947+300 y EXO 2030+375, por un lado, y los más rápidos, 4U 0115+63 y V 0332+53, por el otro. El primer grupo se caracteriza por espectros más blandos en la HB respecto a los otros sistemas. Se observa histéresis sólo en los púlsares rápidos. Las líneas de ciclotrón, muy evidentes en los espectros de 4U 0115+63 y V 0332+53, no se observan o son muy débiles en los otros sistemas. Desde el punto de vista del análisis temporal, la principal diferencia entre los dos grupos es la presencia de QPOs, que son típicas en los espectros de potencia de los púlsares rápidos, mientras que no se observan en los otros sistemas.