Tracking State Transitions Using A Temporal Scale of Low-Mass X-Ray Binaries

Abstract

Black hole (BH) binaries are known to undergo spectral transitions that form q-shaped tracks on a hardness intensity diagram (HID). Binaries hosting a neutron star (NS) are also known to undergo occasional outbursts exhibiting transitions between high and low-luminosity spectral states. In this study, the results of a temporal analysis of observations for nine BH and NS low-mass X- ray binaries (LMXBs) are presented. A wavelet transform of the data (taken with the Proportional Counter Array (PCA) on board RXTE), is deployed to construct high-resolution lightcurves. From these lightcurves, we extract a minimal time scale (MTS) associated with the spectral state of the sources. The MTS, together with the fractional root-mean-square (RMS) and hardness ratios, is used to construct RMS-MTS and hardness-MTS diagrams that enable a direct comparison of the evolution of spectral transitions in the target sources.

Keywords

• neutron star
• black hole
• X-ray binaries
• MTS

Düşük Kütleli X-Işın Çiftlerinin Durum Geçişlerinin Zamansal Ölçek Kullanılarak Belirlenmesi

Öz

Bileşenlerinden biri Kara delik (KD) olan Düşük kütleli X-ışın çiftlerinin (LMXB'lerin), ani parlamalara uğradıklarında sergiledikleri farklı yığılma süreçleri ile ilişkili tayfsal evreler ve geçişler gösterdikleri yaygın olarak kabul edilmektedir. Kompakt bileşeni bir nötron yıldızı (NY) olan LMXB'lerin de, KD-LMXB'lere benzer tayfsal evre geçişleri sergiledikleri bilinmektedir. Bu çalışmada, parlama profili q-eğri yapısı gösteren 9 tane KD ve NY-LMXB' nin zamansal analiz sonuçları sunulmaktadır. Çalışma kapsamında RXTE arşiv verileri kullanılarak kaynakların tayfsal evreleri ile ilişkili olan minimal zaman ölçeği (MTS) elde edilmiştir. KD ve NY kaynaklarında meydana gelen tayfsal değişimleri izlemede MTS'nin öneminin ileri boyutta araştırılması için kaynakların evre geçişlerine özgü diğer parametreler olan ışıma şiddeti, RMS değişkenliği ve sertlik oranları ile karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• neutron star
• black hole
• X-ray binaries
• MTS

References

1. Belloni T. M., 2010, in Belloni T., ed., , Vol. 794, Lecture Notes in Physics, Berlin Springer Verlag. p. 53, doi:10.1007/978-3-540- 76937-8_3
2. Belloni T., Hasinger G., 1990, A&A, 230, 103, ADS
3. Belloni T., Homan J., Casella P., van der Klis M., Nespoli E., Lewin W. H. G., Miller J. M., Méndez M., 2005, A&A, 440, 207 Belloni T., et al., 2006, MNRAS, 367, 1113
4. Done C., Gierliński M., 2003, MNRAS, 342, 1041
5. Dunn R. J. H., Fender R. P., Körding E. G., Belloni T., Cabanac C., 2010, MNRAS, 403, 61
6. Fender R. P., Belloni T. M., Gallo E., 2004, MNRAS, 355, 1105 Gardenier D. W., Uttley P., 2018, MNRAS, 481, 3761
7. Gierliński M., Done C., 2002, MNRAS, 337, 1373
8. Hasinger G., van der Klis M., 1989, A&A, 225, 79, ADS

9. Homan J., Wijnands R., van der Klis M., Belloni T., van Paradijs J.,
10. Klein-Wolt M., Fender R., Méndez M., 2001, ApJS, 132, 377 Leahy D. A., Darbro W., Elsner R. F., Weisskopf M. C., Sutherland
11. P. G., Kahn S., Grindlay J. E., 1983, ApJ, 266, 160
12. Lewin W. H. G., van Paradijs J., van der Klis M., 1988, Space Sci. Rev., 46, 273
13. MacLachlan G. A., et al., 2013, MNRAS, 432, 857
14. Miyamoto S., Kitamoto S., Iga S., Negoro H., Terada K., 1992, ApJ, 391, L21
15. Miyamoto S., Kitamoto S., Hayashida K., Egoshi W., 1995, ApJ, 442, L13
16. Mohamed K., Sonbas E., Dhuga K. S., Göğüş E., Tuncer A., Abd Allah N. N., Ibrahim A., 2021, MNRAS, 502, L72 Muñoz-Darias T., Fender R. P., Motta S. E., Belloni T. M., 2014, MNRAS, 443, 3270
17. Muno M. P., Remillard R. A., Chakrabarty D., 2002, ApJ, 568, L35 Nowak M. A., 2000, MNRAS, 318, 361
18. Plant D. S., Fender R. P., Ponti G., Muñoz-Darias T., Coriat M., 2014, MNRAS, 442, 1767
19. Pottschmidt K., et al., 2003, A&A, 407, 1039
20. Reis R. C., Miller J. M., Fabian A. C., 2009, MNRAS, 395, L52 Remillard R. A., McClintock J. E., 2006, ARA&A, 44, 49
21. Reynolds M. T., Miller J. M., 2013, ApJ, 769, 16
22. Reynolds M. T., Miller J. M., Homan J., Miniutti G., 2010, ApJ, 709, 358
23. Sonbas E., Mohamed K., Dhuga K. S., Tuncer A., Göğüş E., 2020, MNRAS, 499, 2513
24. Tomsick J. A., Yamaoka K., Corbel S., Kaaret P., Kalemci E., Migliari S., 2009, ApJ, 707, L87
25. van der Klis M., 1989, ARA&A, 27, 517
26. van der Klis M., 2006, in , Vol. 39, Compact stellar X-ray sources. pp 39–112