X-ray and Optical Properties of M51 ULX-4 and NGC 1316 ULX X7

Abstract

In this study, the results of temporal and spectral analyzes of transient ultra-luminous sources ULX-4 and X-7 in the galaxies M51 and NGC 1316 using {\it Chandra}, {\it XMM-Newton} and {\it Swift-XRT} observations are presented. In this study, for the first time X-7 was determined as ULX source using 2019 {\it Chandra} observations. Another important part of this study is M51 ULX-4 which showed long-term X-ray flux variability (factor of $\sim$200) over the 20-year. The bimodal X-ray flux distribution of the source determined in this long period is similar to the distribution observed in pulsar ULXs. One of ULX-4 counterparts exhibited a low-amplitude optical periodicity of 264 days. For this periodicity, two important scenarios are presented for the nature of the compact object.

Keywords

• X-rays: binaries
• X-rays: galaxies
• X-rays: star

M51 ULX-4 ve NGC 1316 ULX X7'nin X-ışın ve Optik Özellikleri

Abstract

Bu çalışmada, gökada NGC 1316’da ULX X7 ve M51’de geçici ULX-4 kaynaklarının X-ışın tayfsal, zamansal ve optik özellikleri {\it Chandra}, {\it XMM-Newton}, {\it Swift-XRT} ve {\it HST} arşiv verileri kullanılarak kapsamlı bir şekilde araştırıldı. Bir X-ışın kaynağı olan X7’nin, ilk defa bu çalışmada 2019 {\it Chandra} gözlemleri kullanılarak bir ULX olduğu belirlendi. İncelenen diğer kaynak M51 ULX-4’ün, 20 yıllık dönemde X-ışın akısı ise $\sim$200 kat değişkenlik göstermektedir. Kaynağın bu uzun dönemde belirlenen çift modlu X-ışın akı dağılımı, pulsar içeren ULX’lerde gözlenen dağılıma benzerlik göstermektedir. ULX-4’ün belirlediğimiz bir optik karşılığında 264 günlük periyodik optik değişkenlik gözlenmiştir. Bu değişkenliğin nedeni olarak tıkız (compact) nesnenin doğası için iki önemli senaryo sunulmuştur.

Keywords

• X-rays: binaries
• X-rays: galaxies
• X-rays: star

References

1. Allak S., 2022, MNRAS, 517, 3495
2. Bachetti M., ve diğ., 2014, Nature, 514, 202
3. Beri A., ve diğ., 2021, MNRAS, 500, 565
4. Brightman M., ve diğ., 2018, Nature Astronomy, 2, 312
5. Carpano S., Haberl F., Maitra C., Vasilopoulos G., 2018, MNRAS, 476, L45
6. Castelli F., Kurucz R. L., 2004, A&A, 419, 725
7. Earnshaw H. P., Roberts T. P., Sathyaprakash R., 2018, MNRAS, 476, 4272
8. Evans P. A., ve diğ., 2009, MNRAS, 397, 1177

9. Fabrika S. N., Atapin K. E., Vinokurov A. S., Sholukhova O. N., 2021, Astrophysical Bulletin, 76, 6
10. Fürst F., ve diğ., 2016, ApJ, 831, L14
11. Gladstone J. C., Copperwheat C., Heinke C. O., Roberts T. P., Cartwright T. F., Levan A. J., Goad M. R., 2013, ApJS, 206, 14
12. Heida M., ve diğ., 2015, MNRAS, 453, 3510
13. Heida M., ve diğ., 2019, ApJ, 883, L34
14. Israel G. L., ve diğ., 2017a, Science, 355, 817
15. Israel G. L., ve diğ., 2017b, MNRAS, 466, L48
16. Jensen J. B., Tonry J. L., Barris B. J., Thompson R. I., Liu M. C.,
17. Rieke M. J., Ajhar E. A., Blakeslee J. P., 2003, ApJ, 583, 712 Kaaret P., Feng H., Roberts T. P., 2017, ARA&A, 55, 303
18. Remillard R. A., McClintock J. E., 2006, in American Astronomical Society Meeting Abstracts. p. 07.05
19. Rodríguez Castillo G. A., ve diğ., 2020, ApJ, 895, 60 Sathyaprakash R., ve diğ., 2019, MNRAS, 488, L35
20. Song X., Walton D. J., Lansbury G. B., Evans P. A., Fabian A. C., Earnshaw H., Roberts T. P., 2020, MNRAS, 491, 1260
21. Soria R., Cropper M., Pakull M., Mushotzky R., Wu K., 2005, MNRAS, 356, 12
22. Sutton A. D., Roberts T. P., Middleton M. J., 2013, MNRAS, 435, 1758
23. Tao L., Feng H., Grisé F., Kaaret P., 2011, ApJ, 737, 81
24. Townsend L. J., Charles P. A., 2020, MNRAS, 495, 139
25. Tsygankov S. S., Mushtukov A. A., Suleimanov V. F., Poutanen J., 2016, MNRAS, 457, 1101
26. Vinokurov A., Fabrika S., Atapin K., 2018, ApJ, 854, 176
27. Walton D. J., ve diğ., 2021, MNRAS, 501, 1002
28. Zampieri L., Impiombato D., Falomo R., Grisé F., Soria R., 2012, MNRAS, 419, 1331