Abstract Recent gravitational wave events have suggested the existence of near-solar-mass black holes which cannot be formed via stellar evolution. This has opened up a tantalizing possibility of future detections of both black holes and naked singularities in this mass range. Existence of naked singularities is a topical and fundamental physics issue, but their formation mechanism is not yet clear. Here, we show that some white dwarfs can realistically transmute into black holes and naked singularities with a wide range of near- and sub-solar-mass values by capturing asymmetric or non-self-annihilating primordial dark matter (PDM) particles. We argue that, while a type Ia supernova due to the accumulation of dark matter at the core of a white dwarf could also be a possibility, the transmutation of a white dwarf into a black hole or a naked singularity is a viable consequence of the capture of non-self-annihilating PDM particles. These white dwarf transmutations can have a significant role in probing the physics of dark matter and compact objects, and could be tested using the rates and locations of mergers over the cosmological time scale.

We present the first X-ray spectropolarimetric results for Cygnus X-1 in its soft state from a campaign of five IXPE observations conducted during 2023 May-June. Companion multiwavelength data during the campaign are likewise shown. The 2-8 keV X-rays exhibit a net polarization degree PD=1.99%+/-0.13% (68% confidence). The polarization signal is found to increase with energy across IXPE's 2-8 keV bandpass. The polarized X-rays exhibit an energy-independent polarization angle of PA=-25.7+/-1.8 deg. East of North (68% confidence). This is consistent with being aligned to Cyg X-1's AU-scale compact radio jet and its pc-scale radio lobes. In comparison to earlier hard-state observations, the soft state exhibits a factor of 2 lower polarization degree, but a similar trend with energy and a similar (also energy-independent) position angle. When scaling by the natural unit of the disk temperature, we find the appearance of a consistent trendline in the polarization degree between soft and hard states. Our favored polarimetric model indicates Cyg X-1's spin is likely high (a* above ~0.96). The substantial X-ray polarization in Cyg X-1's soft state is most readily explained as resulting from a large portion of X-rays emitted from the disk returning and reflecting off the disk surface, generating a high polarization degree and a polarization direction parallel to the black hole spin axis and radio jet. In IXPE's bandpass, the polarization signal is dominated by the returning reflection emission. This constitutes polarimetric evidence for strong gravitational lensing of X-rays close to the black hole.

ABSTRACT IGR J17591–2342, a transient accretion-powered millisecond X-ray pulsar, was discovered during its 2018 outburst. Here, we present a timing and spectral analysis of the source using AstroSat data of the same outburst. From the timing analysis, we obtain updated values of binary orbital parameters, which reveal an average pulsar spin frequency of 527.425 6984(8) Hz. The pulse profiles can be fit well with four harmonically related sinusoidal components with fractional amplitudes of fundamental and second, third, and fourth harmonics as ~13 per cent, ~6 per cent, ~0.9 per cent, and ~0.2 per cent, respectively. The energy-dependent study of pulse profiles in the range of 3–20 keV shows that the fractional amplitude of both the fundamental and first overtone is consistent with being constant across the considered energy band. Besides, a decaying trend has been observed for both the fundamental and first overtone in the phase-delay versus energy relation, resulting in soft X-ray (2.8–3.3 keV) phase lags of $\sim$0.05 and $\sim$0.13 with respect to $\le 15$ keV photons, for the fundamental and first overtone, respectively. The combined spectra from the Large Area X-ray Proportional Counters and the Soft X-ray Telescope aboard AstroSat in the 1–18 keV range can be fit well with an absorbed model consisting of a Comptonization, a blackbody and a Gaussian emission-line component yielding as best-fitting parameters a blackbody seed photon temperature $kT_{\rm bb}$$\sim 0.95 \pm 0.03$ keV, and an electron temperature $kT_{\rm e}$$\sim 1.54 \pm 0.03$ keV. The spectral aspects suggest the scattering of photons from the accretion disc or the neutron star’s surface.

Abstract EXO 0748–676 is a well-studied, high-inclination, dipping and eclipsing neutron star low-mass X-ray binary that has recently emerged from 16 yr of quiescence into a new outburst. We present results from 55.5 ks of XMM-Newton observation, focusing on high-resolution spectroscopy with the same instrument (the Reflection Grating Spectrometer) that produced significant insights during the previous outburst. The XMM-Newton European Photon Imaging Camera light curve reveals a type I X-ray burst that leads to a corresponding optical burst by 3 s. To understand the effects of the burst on the ionization structure, the data are divided into burstless and pre- and postburst spectra, with additional analysis for dip and nondip phases. The primary spectral feature in all phases is a broad O vii recombination line, accompanied by velocity-broadened O viii , N vii , and Ne ix lines. Notably, the Ne ix line shows different ionization states for the preburst (11.65 Å) and postburst (13.56 Å) phases, while the dips also substantially affect the spectral lines. The current outburst mirrors many traits from the earlier one, such as a similar spectral state, plasma components with similar ionization structure, and spectral features from the same elements, implying a stable long-term accretion behavior across outbursts.

Abstract ‘Z’ type neutron star low-mass X-ray binaries typically show a ‘Z’-like three-branched track in their hardness intensity diagram. However, a few such ‘Z’ sources show an additional branch known as the extended flaring branch (EFB). EFB has been poorly studied, and its origin is not known. It is thought to be an extension of the flaring branch (FB) or associated with Fe Kα complex or an additional continuum due to the radiative recombination continuum (RRC) process. Using AstroSat observations, we have detected the EFB from two ‘Z’ sources, GX 340+0 and GX 5–1, and performed a broadband spectral analysis in the 0.5–22 keV energy range. During EFB, both sources show the presence of a significant RRC component with absorption edges at $7.91^{+0.16}_{-0.15}$ keV and $8.10^{+0.16}_{-0.17}$ keV, respectively along with blackbody radiation and thermal Comptonisation. No signature of RRC was detected during the FB, which is adjoint to the EFB. No Fe Kα complex is detected. Interestingly, inside EFB dips of GX 5-1, for the first time, we have detected flaring events of 30–60s, which can be modelled with a single blackbody radiation. During the FB to EFB transition, an increase in the blackbody radius by a factor of 1.5–2 is observed in both sources. Our analysis strongly suggests that EFB is not an extension of FB or caused by the Fe Kα complex. Rather, it is caused by a sudden expansion of the hot, thermalised boundary layer and subsequent rapid cooling.

Abstract Primordial black hole formation has been discussed widely, when density perturbations in the early universe cause matter to collapse gravitationally, giving rise to these ultra-compact objects. We propose and point out that such a gravitational collapse would also give rise to primordial naked singularities, that would play an important role in the observable features of present universe. We consider two types of collapse scenarios that give rise to event-like and object-like visible singularities within a cosmological background. We briefly discuss implications of primordial naked singularities, including those for dark matter, vis-a-vis primordial black holes.