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Una nova classe de emissores de raios X : os sistemas do tipo gamma Cassiopeiae
Lopes de Oliveira Filho, Raimundo (1976 -....)
Résumé
L'étoile γ Cassiopeiae (B0.5IVe; γ Cas), archétype des étoiles Be classiques, présente un comportement très particulier en rayons X: une émission thermique dominée par un plasma chaud (avec une température de ~ 1,4x108 K), une luminosité modérée (~1032-33 erg s-1), et une variabilité intense et chaotique sur des échelles de temps allant de la seconde jusqu'à quelques centaines de secondes.
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Des telles caractéristiques la distinguent clairement des étoiles massives « normales » et des systèmes Be/X connus. L'origine de son émission X reste une énigme en dépit de nombreuses études exhaustives. D'une part les rayons X émis par les étoiles massives normales montrent une variabilité modérée, et bien qu'elle soit d'origine thermique, cette émission est dominée par une composante dont la température est de seulement ~ 6X106 K. D'autre part, les rayons X provenant de systèmes Be/X ne sont pas d'origine thermique, et malgré leur variabilité, ils sont normalement modulés par la rotation d'un objet compact. En outre, les systèmes Be/X présentent des éruptions, qui n'ont jamais été observées dans γ Cas. Finalement, la luminosité X de γ Cas se situe entre celle des d'étoiles massives (~1032 erg s-1) et celle des systèmes Be/X variables (~1036-37 erg s-1) ou dans des états quiescents (~1033 erg s-1; du type X Per). Le développement d'un modèle du mécanisme de l'émission X de γ Cas a été considérablement limité par le fait que cette étoile demeurait la seule Be qui présentait des telles propriétés. Dans ce travail, nous présentons les caractéristiques de l'émission en rayons X et dans quelques cas de l'émission optique de 7 autres étoiles Be dont les similitudes avec γ Cas ont permis d'établir l'existence d'une nouvelle classe d'objets bien définie: les systèmes de type γ Cas. A ce jour cette classe comprend les systèmes suivant: HD 161103, SAO 49725, SS 397, HD 119682, HD 110432 et USNO 0750-13549725. Fait remarquable, ces étoiles ont toutes des types spectraux B0.5-B1e et présentent une raie Hα en émission intense, ce qui suggère la présence d'un disque circumstellaire dense et/ou large. Les trois dernières étoiles sont des blue stragglers localisées dans des amas Galactiques relativement âgés (~ 45-60 million d'années): NGC 5281, NGC 4609 et NGC6649, respectivement; elles sont donc dans des stages évolutifs avancés et le produit probable de l'évolution de binaires massives. Nous présentons aussi 41 autres candidats systèmes de type γ Cas qui ont été proposés à partir d'une recherche systématique du catalogue 2XMMp. Ce travail a aussi fait avancer notre connaissance de γ Cas elle même grâce à de nouvelles observations en rayons X. La première partie de la thèse est basée sur l'analyse des observations X réalisées par le satellite XMM, et sur des observations optiques obtenues par plusieurs télescopes terrestres, et extraites de diverses bases de données. La nouvelle classe de sources X découverte dans ce travail constitue une contribution importante à la composante en rayons X durs du contenu stellaire du plan Galactique, qui reste jusqu'à présent mal connue. [...]γCassiopeiae (B0.5Ve; γCas) has long stood out as having unique X-ray properties among massive stars and Be/X-ray systems. Their properties include hard-thermal X-ray emission (kT ~ 12 keV) of moderate luminosity (~ 1032−33 erg s−1, at 0,2–12 keV) and a light curve that displays marked variability on long and short time scales. In contrast, “normal” O-B-Be stars are usually soft (kT ~ 0,5 keV) and modest X-ray emitters, while all well-known Be/Xray systems (all of them are Be + neutron star binaries) are non-thermal and more intense X-ray emitters. In spite of several multi-wavelength observing campaigns, since its discovery as prototype of Be stars in the end of 19 century, the true nature of the X-ray emission of γCas remains elusive. Two exciting interpretations have been proposed in the recent literature and raise a number of interesting astrophysical issues, and these are ththe X-rays are emitted from: (i) the interaction between a single-Be star with unusually strong magnetic activity and its decretion disk; and (ii) a binary system with an accreting white dwarf. In the first case, γCas would be a progenitor to the magnetars, while the Be +WD binary case would be predicted by evolutionary models of massive binary systems, though they are still not identified as such. One of the obstacles in advancing the understanding of the X-rays of γCas is the fact that the proposed models are restricted to one only object:γ Cas itself. This work intends to fill such gap. Our efforts were concentrated on two pillars of inquiry: the investigation of the X-rays of γCas itself, and the search for and study of new γCas analogs. We confirm the main properties already known in the literature of γCas, but a number of peculiarities were also observed for the first time. For example, the local photoelectric absorption of γ Cas is variable and apparently non-correlated with the intensity of the Fe fluorescence line at 6,4 keV. Also, we detect strong and recurrent variations in its energy distribution in the form of flare-like events in the X-ray colours. On the other hand, we present 6 B0.5e-B1e stars with common X-ray and optical properties quite similar to those of the so far unique star γCas and we point out the emergence of a new class of X-ray emitters: the γ Cas-like sources. Apart the fact that all stars occupy a narrow band of spectral type, all of them have large or dense circumstellar disks. Othermembers of the class are: HD 161103, SAO 49725, SS 397, HD 119682, HD 110432 and USNO 0750- 13549725. The last three stars are blue stragglers in open clusters of ~ 45–60 millions of years (NGC 5281, NGC 4609 and NGC 6649, respectively). Therefore, an evolved status may be a prerequisite to the source being a peculiar X-ray Cas. Other 41 candidates to members of this class wereemitter like identified from an extensive investigation of the 2XMMp catalogue. The massive stars in five young open clusters (~ 10–25 millions of years) especially rich in Be stars (> 135) and in two other old open clusters (~ 95 and 300 millions of years) containing > 11 Be stars were investigated. We paid particular attention to the massive stars, with the aim of constraining evolutionary processes that might lead to the Be phenomenon and to search for low X-ray luminosity massive accreting binaries and γCas-like systems. There is no clear evidence of the presence of these systems in following clusters we have examined so far: NGC 7419, NGC 3766, NGC 663, NGC 884, NGC 869, NGC 3114 and IC 4725. The only exceptions are the well-known Be/X RXJ0146.9+6121 in NGC 663, and perhaps forMWC 39 in NGC 884, which is most likely a neutron star accreting wind matter originating from its main sequence B star companion. The nature of the X-ray emission of the new class of γCas-like objects is discussed in light of the models proposed for γ Cas, on the basis of the derived properties and frequency of these objects in open clusters. Finally, we discuss the implications of the results in the context of the Be phenomenom. (This work was based on X-ray observations carried out byXMM-Newton satelite and available informations in the literature, and for some targets also on optical and infrared spectroscopy from several Earth-based telescopes.)
γCassiopeiae (B0.5Ve; γCas) é uma estrela Be que apresenta uma emissão peculiar em raios X, sem precedentes dentre as estrelas massivas e sistemas binàrios contendo uma estrela Be e uma estrela compacta acretante (sistemas Be/X): emissão térmica em raios X duros (kT ~ 12 keV) de luminosidade moderada (~ 1032−33 erg s−1, em 0,2–12 keV), e que apresenta variabilidade intensa em curtas e longas escalas de tempo. As estrelas massivas O-B-Be “normais” apresentam emissão em raios X moles (kT ~ 0,5 keV) enquanto os sistemas Be/X, todos eles do tipo Be + estrela de nêutrons, apresentam emissão X dominada por process