Physik in akkretierenden Röntgenpulsaren - relativistische Effekte, Pulsprofile und Emissionseigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Jörn Wilms
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259364563

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Neutronensterne können sehr starke Magnetfelder haben. In einem Doppelsternsystem kann Material vom Begleiter auf den Neutronenstern fallen (“Akkretion”). Dabei bildet sich ein Plasma, das ca. 1000 km vom Neutronenstern an sein Magnetfeld koppelt und mit ca. 30% der Lichtgeschwindigkeit auf die magnetischen Pole des Neutronensterns fällt, wo sich eine Akkretionssäule mit einem Fußpunkt von < 1 km2, einer Höhe von wenigen Kilometern, und mit einer Leuchtkraft mit bis zu einigen 10000 Sonnenleuchtkräften bildet. Wir untersuchen die Physik dieser Akkretionssäule und der Wechselwirkung des starken Magnetfelds des Neutronensterns mit seiner Umgebung. Dazu wurden Beobachtungen von Neutronensternen mit starken Magnetfeldern mit Röntgensatelliten durchgeführt und Methoden zur Berechnung der Emission der Akkretionssäule entwickelt. Dazu gehören Verfahren zur Berechnung der Form der Zyklotron-Resonanzlinie und Methoden, um theoretische Modelle für die Emission der Akkretionssäule direkt mit Beobachtungen zu vergleichen, wobei auch die relativistische Lichtablenkung berücksichtigt wird. Ferner wurden Modelle für die Emission bei niedrigen Massenakkretionsraten entwickelt, die mit Beobachtungen übereinstimmen. Die Polarisationseigenschaften unserer Modelle stimmen mit Messungen des IXPE-Satelliten überein. Der Polarisationsgrad ist niedriger als früher vorhergesagt, da frühere Modelle Effekte des Quantenvakuums ignorierten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Cyclotron resonant scattering feature simulations. Astronomy & Astrophysics, 597, A3.
  Schwarm, F.-W.; Schönherr, G.; Falkner, S.; Pottschmidt, K.; Wolff, M. T.; Becker, P. A.; Sokolova-Lapa, E.; Klochkov, D.; Ferrigno, C.; Fürst, F.; Hemphill, P. B.; Marcu-Cheatham, D. M.; Dauser, T. & Wilms, J.
  
• Discovery and modelling of a flattening of the positive cyclotron line/luminosity relation in GX 304−1 withRXTE. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 466(3), 2752-2779.
  Rothschild, Richard E.; Kühnel, Matthias; Pottschmidt, Katja; Hemphill, Paul; Postnov, Konstantin; Gornostaev, Mikhail; Shakura, Nikolai; Fürst, Felix; Wilms, Jörn; Staubert, Rüdiger & Klochkov, Dmitry
  
• Cyclotron resonant scattering feature simulations. Astronomy & Astrophysics, 601, A99.
  Schwarm, F.-W.; Ballhausen, R.; Falkner, S.; Schönherr, G.; Pottschmidt, K.; Wolff, M. T.; Becker, P. A.; Fürst, F.; Marcu-Cheatham, D. M.; Hemphill, P. B.; Sokolova-Lapa, E.; Dauser, T.; Klochkov, D.; Ferrigno, C. & Wilms, J.
  
• Evidence for different accretion regimes in GRO J1008−57. Astronomy & Astrophysics, 607, A88.
  Kühnel, Matthias; Fürst, Felix; Pottschmidt, Katja; Kreykenbohm, Ingo; Ballhausen, Ralf; Falkner, Sebastian; Rothschild, Richard E.; Klochkov, Dmitry & Wilms, Jörn
  
• Luminosity-dependent changes of the cyclotron line energy and spectral hardness in Cepheus X-4. Astronomy & Astrophysics, 601, A126.
  Vybornov, V.; Klochkov, D.; Gornostaev, M.; Postnov, K.; Sokolova-Lapa, E.; Staubert, R.; Pottschmidt, K. & Santangelo, A.
  
• Cyclotron lines in highly magnetized neutron stars. Astronomy & Astrophysics, 622, A61.
  Staubert, R.; Trümper, J.; Kendziorra, E.; Klochkov, D.; Postnov, K.; Kretschmar, P.; Pottschmidt, K.; Haberl, F.; Rothschild, R. E.; Santangelo, A.; Wilms, J.; Kreykenbohm, I. & Fürst, F.
  
• Spectral and Timing Analysis of the Accretion-powered Pulsar 4U 1626–67 Observed with Suzaku and NuSTAR. The Astrophysical Journal, 878(2), 121.
  Iwakiri, Wataru B.; Pottschmidt, Katja; Falkner, Sebastian; Hemphill, Paul B.; Fürst, Felix; Nishimura, Osamu; Schwarm, Fritz-Walter; Wolff, Michael T.; Marcu-Cheatham, Diana M.; Chakrabarty, Deepto; Tomsick, John A.; Wilson-Hodge, Colleen A.; Bissinger, Kühnel Matthias; Terada, Yukikatsu; Enoto, Teruaki & Wilms, Jörn
  
• Accurate Treatment of Comptonization in X-Ray Illuminated Accretion Disks. The Astrophysical Journal, 897(1), 67.
  García, Javier A.; Sokolova-Lapa, Ekaterina; Dauser, Thomas; Madej, Jerzy; Różańska, Agata; Majczyna, Agnieszka; Harrison, Fiona A. & Wilms, Jörn
  
• Modelling of 35-d superorbital cycle of B and V light curves of IMXB HZ Her/Her X-1. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 499(2), 1747-1757.
  Kolesnikov, D. A.; Shakura, N. I.; Postnov, K. A.; Volkov, I. M.; Bikmaev, I. F.; Irsmambetova, T. R.; Staubert, R.; Wilms, J.; Irtuganov, E.; Golysheva, .P Yu.; Shugarov, S. Yu.; Nikolenko, I. V.; Trunkovsky, E. M.; Schönherr, G.; Schwope, A. & Klochkov, D.
  
• NuSTAR observation of GRO J1744–28 at low mass accretion rate. Astronomy & Astrophysics, 643, A128.
  König, Ole; Fürst, Felix; Kretschmar, Peter; Ballhausen, Ralf; Sokolova-Lapa, Ekaterina; Dauser, Thomas; Sánchez-Fernández, Celia; Hemphill, Paul B.; Wolff, Michael T.; Pottschmidt, Katja & Wilms, Jörn
  
• The giant outburst of 4U 0115+634 in 2011 with Suzaku and RXTE. Astronomy & Astrophysics, 634, A99.
  Kühnel, Matthias Bissinger né; Kreykenbohm, Ingo; Ferrigno, Carlo; Pottschmidt, Katja; Marcu-Cheatham, Diana M.; Fürst, Felix; Rothschild, Richard E.; Kretschmar, Peter; Klochkov, Dmitry; Hemphill, Paul; Hertel, Dominik; Müller, Sebastian; Sokolova-Lapa, Ekaterina; Oruru, Bosco; Grinberg, Victoria; Martínez-Núñez, Silvia; Torrejón, José M.; Becker, Peter A.; Wolff, Michael T. ... & Wilms, Jörn
  
• Fitting strategies of accretion column models and application to the broadband spectrum of Cen X-3. Astronomy & Astrophysics, 656, A105.
  Thalhammer, Philipp; Bissinger, Matthias; Ballhausen, Ralf; Pottschmidt, Katja; Wolff, Michael T.; Stierhof, Jakob; Sokolova-Lapa, Ekaterina; Fürst, Felix; Malacaria, Christian; Gottlieb, Amy; Marcu-Cheatham, Diana M.; Becker, Peter A. & Wilms, Jörn
  
• X-ray emission from magnetized neutron star atmospheres at low mass-accretion rates. Astronomy & Astrophysics, 651, A12.
  Sokolova-Lapa, E.; Gornostaev, M.; Wilms, J.; Ballhausen, R.; Falkner, S.; Postnov, K.; Thalhammer, P.; Fürst, F.; García, J. A.; Shakura, N.; Becker, P. A.; Wolff, M. T.; Pottschmidt, K.; Härer, L. & Malacaria, C.
  
• Continuum, cyclotron line, and absorption variability in the high-mass X-ray binary Vela X-1. Astronomy & Astrophysics, 660, A19.
  Diez, C. M.; Grinberg, V.; Fürst, F.; Sokolova-Lapa, E.; Santangelo, A.; Wilms, J.; Pottschmidt, K.; Martínez-Núñez, S.; Malacaria, C. & Kretschmar, P.
  
• Vacuum polarization alters the spectra of accreting X-ray pulsars. Astronomy & Astrophysics, 674, L2.
  Sokolova-Lapa, E.; Stierhof, J.; Dauser, T. & Wilms, J.