Timing Analysis Methods and Applications in Accreting Millisecond X-ray Pulsars

Abstract

In our study, we present the temporal properties of 5 accreting millisecond X-ray pulsars (AMXPs) --SAX J1808.4-3658, IGR J1749.8-2921, XTE J1751-305, XTE J1807-294 and XTE J1814-338-- showing continuous pulsation in their X-ray light curves. After limiting the data taken by Proportional Counter Array (PCA) on-board the Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) of these sources to the energy range of 3.0 - 30.0 keV, we split the data into 128~s time intervals. We obtain the power spectra corresponding to each time interval by using two different methods --Z$^{2}$ test and maximum likelihood--. In both methods, the search is done with sub-millisecond sensitivities around the expected spin frequencies for the sources and the most probable spin frequencies are determined. As a result of our research, the time evolution of spin frequencies and orbital periods were obtained. Furthermore, we confirm the orbital period obtained throughout our analysis of SAX J1808.4-3658 via orbital correction.

Keywords

• timing analysis
• z2 method
• maximum likelihood technique

Project Number

120F094

Kütle Aktarımlı Milisaniye X-ışını Pulsarlarında Zaman Analizi Yöntemleri ile Uygulamalar

Abstract

Çalışmamızda, sürekli atma gösteren 5 kütle aktarımlı milisaniye X-ışını pulsarının (AMXP, accreting millisecond X-ray pulsar) --SAX J1808.4-3658, IGR J1749.8-2921, XTE J1751-305, XTE J1807-294 ve XTE J1814-338-- zaman analizi sonuçlarını sunmaktayız. Bu kaynaklara ait Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) uydusu üzerinde bulunan Proportional Counter Array (PCA) dedektörü verisini 3.0 – 30.0 keV aralığında sınırladıktan sonra 128~s zaman dilimlerine ayırdık. Her bir zaman dilimine karşılık gelen güç spektrumlarını iki farklı yöntemle --Z$^{2}$ test ve maksimum olabilirlik çıkarımı-- elde ettik. İki yöntemde de, her bir kaynağa ait literatürden alınan dönme frekansları civarında milisaniye mertebesindeki duyarlılıklarla taramalar gerçekleştirerek en olası dönme frekansları tespit ettik. Çalışmamız sonucunda her kaynağa ait dönme frekansının zaman evrimi ve güncel yörünge dolanma dönemi değerleri literatüre kazandırılmıştır. Ayrıca örneklemimizden SAX J1808.4-3658 kaynağına ait yörünge düzeltmeleri yapılmış ve elde edilen dolanma dönemleri teyit edilmiştir. İncelediğimiz kaynaklar kullanılarak milisaniye mertebesinde uygulanabilecek zaman analizi yöntemlerinin avantaj ve dezavantajları tartışılmıştır.

Keywords

• timing analysis
• z2 method
• maximum likelihood technique

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

120F094

Thanks

Değerli çalışmalarından dolayı UAK2022 ekibine ve Türk Astronomi Derneğine teşekkür ederiz. Bu çalışma TÜBİTAK, 120F094 numaralı "Düşük Kütleli X-Işın Çiftlerinde Olası Atmaların Maksimum Olabilirlik Çıkarımı Kullanılarak Araştırılması" isimli projenin bir parçasıdır. Destek için TÜBİTAK’a teşekkür ederiz. Bu çalışma Bilim Akademisi Genç Bilim İnsanları Ödül Programı (BAGEP) ile desteklenmiştir. CG, desteklerinden dolayı Bilim Akademisine teşekkür eder.

References

1. Brazier K. T. S., 1994, MNRAS, 268, 709
2. García J. A., McClintock J. E., Steiner J. F., Remillard R. A., Grinberg V., 2014, ApJ, 794, 73
3. Gruber D. E., MacDonald D., Rothschild R. E., Boldt E., Mushotzky R. F., Fabian A. C., 1995, Granularity of the Diffuse Background Observed, NASA STI/Recon Technical Report N
4. Güngör C., Duran H. M., Sağlam M. T., 2022, Veri Bilimi, 5, 45
5. HEASARC 2016, http://heasarc.gsfc.nasa.gov
6. Hartman J. M., ve diğ., 2008, ApJ, 675, 1468
7. Husar D., 2006, BAV Rundbrief - Mitteilungsblatt der Berliner Arbeits-gemeinschaft fuer Veraenderliche Sterne, 55, 32, ADS Lenz P., Breger M., 2005, Communications in Asteroseismology, 146, 53
8. Markwardt C., 2001, Observations of the Newly Discovered Millisecond Accreting Pulsar XTE J1751-305, Chandra Proposal ID 03408093

9. Markwardt C. B., Swank J. H., 2003, IAU Circ., 8144, 1, ADS
10. Markwardt C. B., Smith E., Swank J. H., 2003, IAU Circ., 8080, 2, ADS
11. Marshall F. E., Wijnands R., van der Klis M., 1998, IAU Circ., 6876,1, ADS
12. Papitto A., Ferrigno C., Bozzo E., Gibaud L., Burderi L., di Salvo T., Riggio A., 2011, The Astronomer’s Telegram, 3556, 1, ADS