Neutron Stars in Low-mass X-ray Binaries

Year 2023, , 1 - 6, 31.12.2023

Ünal Ertan

https://doi.org/10.55064/tjaa.1199656

Abstract

Neutron stars in low-mass X-ray binaries (LMXBs) accrete matter from geometrically thin disks fed by their low-mass com- panions. Observations of neutron stars in LMXBs indicate three different rotational phases: (1) at high X-ray luminosities, Lx, mass flows from the disk on to the star while the rotation speed of the neutron star increases, (2) at intermediate Lx, the star continues to accrete matter while spinning down, and (3) below a critical Lx, accretion is not allowed and the star slows down. Some of these sources show abrupt torque reversals during the transitions between the phases (1) and (2) with a small change in Lx. Some others, in particular transitional millisecond X-ray pulsars, show transitions between the phases (2) and (3). Conventional models have difficulties in explaining these behaviors of LMXBs in a self-consistent picture. In this work, we describe these long-lasting problems briefly. We will also summarize the model recently developed to account for some of these well-defined LMXB properties together with applications to different sources.

Keywords

accretion, accretion disks, pulsars: individual: 4U 1626-67

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

120F329

Thanks

We acknowledge research support from TÜBİTAK (The Scientific and Technological Research Council of Turkey) through grant 120F329.

Düşük Kütleli X-Işını Çiftlerinde Nötron Yıldızları

Abstract

Düşük kütleli X-Işını çiftlerinde (LMXB) bulunan nötron yıldızları (NS), düşük kütleli eş yıldızlarından akan maddeyle beslenen, ince disklerden kütle aktarırlar. Bu sistemlerdeki nötron yıldızları üç farklı dönme fazında gözlenmektedir: (1) yüksek X-ışıma gücünde (Lx), yıldız diskten kütle aktarırken, hızlanır, (2) orta Lx seviyelerinde, yıldız diskten kütle aktarırken yavaşlar, (3) kritik bir Lx seviyesi altında aktarım durur, yavaşlama devam eder. Bu kaynakların bazıları faz (1) ve faz (2) arasında, Lx değerinde küçük değişimlerle, ani tork tersinmeleri gösterirler. Bazı diğer kaynaklar, özelde geçişken X-ışını kaynakları, faz (2) ve faz (3) arasında geçişler yaparlar. Konvansiyonel modellerin LMXB'lerin bu özelliklerini bir arada, tutarlı olarak açıklamada güçlükleri vardır. Bu çalışmada, bu uzun süreli problemleri özetle anlatmaktayız. Ayrıca, bu karakteristik LMXB davranışlarının bazılarını açıklamak için yakın zamanda geliştirilen modeli farklı LMXB kaynaklarına uygulamalarıyla birlikte özetlemekteyiz.

Keywords

accretion, accretion disks, pulsars: individual: 4U 1626-67

Project Number

120F329

References

• Alpar M. A., Cheng A. F., Ruderman M. A., Shaham J., 1982, Nature, 300, 728
• Aly J. J., 1985, A&A, 143, 19
• Archibald A., 2015, in APS April Meeting Abstracts. p. B9.001
• Archibald A. M., et al., 2009, Science, 324, 1411
• Bassa C. G., et al., 2014, MNRAS, 441, 1825
• Bildsten L., et al., 1997, ApJS, 113, 367
• Camero-Arranz A., Finger M. H., Ikhsanov N. R., Wilson-Hodge C. A., Beklen E., 2010, ApJ, 708, 1500
• Davidson K., Ostriker J. P., 1973, ApJ, 179, 585
• Ertan Ü., 2017, MNRAS, 466, 175
• Ertan Ü., 2018, MNRAS, 479, L12
• Ertan Ü., 2021, MNRAS, 500, 2928
• Frank J., King A., Raine D., 2002, Accretion Power in Astrophysics, 3rd edn. Cambridge University Press, Cambridge, UK, doi:10.1017/CBO9781139164245
• Fromang S., Stone J. M., 2009, A&A, 507, 19
• Gençali A. A., et al., 2022, A&A, 658, A13
• Ghosh P., Lamb F. K., 1979, ApJ, 234, 296
• Hayashi M. R., Shibata K., Matsumoto R., 1996, ApJ, 468, L37
• Illarionov A. F., Siuniaev R. A., 1975, Soviet Astronomy Letters, 1, 73
• Jaodand A., Archibald A. M., Hessels J. W. T., Bogdanov S., D’Angelo C. R., Patruno A., Bassa C., Deller A. T., 2016, ApJ, 830, 122
• Kluźniak W., Rappaport S., 2007, ApJ, 671, 1990
• Lamb F. K., Pethick C. J., Pines D., 1973, ApJ, 184, 271
• Lovelace R. V. E., Romanova M. M., Bisnovatyi-Kogan G. S., 1995, MNRAS, 275, 244
• Miller K. A., Stone J. M., 1997, ApJ, 489, 890
• Papitto A., et al., 2013, Nature, 501, 517
• Papitto A., de Martino D., Belloni T. M., Burgay M., Pellizzoni A., Possenti A., Torres D. F., 2015, MNRAS, 449, L26 Patruno A., Watts A. L., 2021, in Belloni T. M., Méndez M., Zhang C., eds, Astrophysics and Space Science Library Vol. 461, Astrophysics and Space Science Library. pp 143–208 (arXiv:1206.2727), doi:10.1007/978-3-662-62110-3_4
• Radhakrishnan V., Srinivasan G., 1982, Current Science, 51, 1096
• Rappaport S., Markert T., Li F. K., Clark G. W., Jernigan J. G., McClintock J. E., 1977, ApJ, 217, L29
• Ray P. S., Roy J., Bhattacharyya B., Stappers B., Chengalur J. N., Deneva J. S., Camilo F. M., 2015, in American Astronomical Society Meeting Abstracts #225. p. 346.07
• Shakura N. I., Sunyaev R. A., 1973, A&A, 24, 337, ADS
• Takagi T., Mihara T., Sugizaki M., Makishima K., Morii M., 2016, PASJ, 68
• Ustyugova G. V., Koldoba A. V., Romanova M. M., Lovelace R. V. E., 2006, ApJ, 646, 304
• Uzdensky D. A., 2002, ApJ, 572, 432
• Uzdensky D. A., 2004, Ap&SS, 292, 573