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par Laurence Boirin - 8 septembre 2008

Mes activités de recherche portent sur les binaires X et reposent sur l’étude du rayonnement X qu’elles émettent et qui est mesuré par des satellites comme XMM-Newton.




- Que sont les binaires X ?

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Vue d’artiste d’une binaire X
L’étoile compagnon alimente le disque d’accrétion formé autour de l’objet compact. Le passage périodique de la structure verticale sur la ligne de visée est à l’origine des dips observés dans la courbe de lumière des binaires X vues à inclinaison élevée, c’est-à-dire quasiment par la tranche du disque d’accrétion.

Les binaires X sont formées d’un objet compact (une étoile à neutrons ou un trou noir) capturant la matière d’une étoile compagnon via un disque d’accrétion où la matière est chauffée à des températures si élevées qu’un puissant rayonnement X est émis. Ce qui vaut aux objets compacts accrétants leur intérêt incontesté dans le contexte astrophysique et physique le plus large, c’est qu’ils fournissent un moyen unique d’observer les étoiles à neutrons et les trous noirs qui présentent un intérêt de physique fondamentale évident lié au champ gravitationnel extrême qu’ils génèrent. Ces objets n’étant pas ou peu radiatifs intrinsèquement, les binaires X constituent un laboratoire d’étude unique de la physique de la matière dense en champ gravitationnel intense via les effets observables que produisent les objets compacts sur la matière qu’ils accrétent. Pour tirer des informations pertinentes sur les objets compacts et la physique de ces milieux extrêmes, il est cependant indispensable de mieux comprendre la physique de l’accrétion, la géométrie des binaires X et les différents processus d’émission et d’absorption qui y ont lieu. C’est le fil conducteur de mes travaux de recherche via l’observation des binaires X.




- Une stratégie : l’incidence rasante pour mieux sonder le disque d’accrétion

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Courbe de lumière d’un dipper
Courbe de lumière XMM-Newton du dipper XB1916-053 tirée de Boirin et al. (2004). Des trous, les dips apparaissent régulièrement, à la période orbitale du système.

Les « dippers » désignent une catégorie de binaires X dont on connaît une douzaine de représentants dans la Galaxie. Leur courbe de lumière a la particularité de présenter périodiquement des « trous » (des « dips ») c’est-à-dire des chutes d’intensité. La période des dips coïncide avec la période orbitale du système binaire. Ces dips sont dus à l’occultation partielle de la zone d’émission X centrale lors du passage périodique sur la ligne de visée d’une structure verticale localisée sur le bord externe du disque d’accrétion et liée à l’impact du flot d’accrétion avec le disque. Les dippers sont donc des systèmes observés à inclinaison élevée, entre 60 et 80 degrés, c’est-à-dire presque par la tranche de leur disque. C’est cet angle de vue en incidence rasante qui rend ces systèmes extrêmement intéressants car il va favoriser l’observation des interactions rayonnement-matière qui ont lieu dans le disque et les milieux proches du disque et qui seront diffcilement observables dans les binaires (non dippers) vues sous un autre angle. Les dippers sont donc des binaires de choix pour extraire des informations à caractère général, sur le disque accrétion, sa géométrie, les processus d’émission et d’absorption qui s’y produisent. C’est pour cette raison que je privilégie l’étude des dippers dans mes travaux de recherche.




- Mise en évidence d’une atmosphère ionisée au-dessus du disque

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Raies d’absorption dans le spectre d’un dipper
Résidus de l’ajustement des spectres XMM-Newton du dippers XB1916- 053 par un modèle de continuum révélant des raies d’absorption dues à du Fer et du Nickel fortement ionisés autour de 7 keV. Tiré de Boirin et al. (2004).

L’amélioration en sensibilité et en résolution spectrale des instruments X à bord de Chandra, XMM-Newton et Suzaku permet aujourd’hui la détection de raies dans le spectre des binaires X. En particulier, des raies d’absorption du Fer très fortement ionisé (Fe XXV et Fe XXVI de type Hélium et Hydrogène, respectivement) ont maintenant été détectées dans de nombreuses binaires. Je suis impliquée dans plusieurs de ces découvertes (Parmar et al. 2002 ; Boirin & Parmar 2003 ; Boirin et al. 2004, 2005 ; Díaz Trigo et al. 2006). Ces raies prouvent l’existence d’un plasma fortement ionisé dans les binaires X concernées. Or celles-ci sont toutes connues pour être vues à inclinaison élevée (autour de 70 degres), c’est-à-dire quasiment par la tranche de leur disque d’accrétion (ces sont presque toutes des dippers). Cela indique que le plasma ionisé est lié au disque d’accrétion. Il s’agit donc probablement d’une atmosphère ou d’un vent de disque, qui serait préférentiellement détecté dans les systèmes vus à inclinaison élevée, mais qui serait alors commun à l’ensemble des binaires accrétantes qui sont simplement vues sous un autre angle. C’est donc un résultat majeur pour notre compréhension des binaires X : la mise en évidence d’une nouvelle composante dans ces systèmes, à savoir une atmosphère ou un vent fortement ionisé situé au-dessus du disque d’accrétion.




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