Abstract We report on an observational campaign on the bright black hole (BH) X-ray binary Swift J1727.8–1613 centered around five observations by the Imaging X-ray Polarimetry Explorer. These observations track for the first time the evolution of the X-ray polarization of a BH X-ray binary across a hard to soft state transition. The 2–8 keV polarization degree decreased from ∼4% to ∼3% across the five observations, but the polarization angle remained oriented in the north–south direction throughout. Based on observations with the Australia Telescope Compact Array, we find that the intrinsic 7.25 GHz radio polarization aligns with the X-ray polarization. Assuming the radio polarization aligns with the jet direction (which can be tested in the future with higher-spatial-resolution images of the jet), our results imply that the X-ray corona is extended in the disk plane, rather than along the jet axis, for the entire hard intermediate state. This in turn implies that the long (≳10 ms) soft lags that we measure with the Neutron star Interior Composition ExploreR are dominated by processes other than pure light-crossing delays. Moreover, we find that the evolution of the soft lag amplitude with spectral state does not follow the trend seen for other sources, implying that Swift J1727.8–1613 is a member of a hitherto undersampled subpopulation.

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 Supernova remnants (SNRs) provide insights into cosmic-ray acceleration and magnetic field dynamics at shock fronts. Recent X-ray polarimetric measurements by the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) have revealed radial magnetic fields near particle acceleration sites in young SNRs, including Cassiopeia A, Tycho, and SN 1006. We present here the spatially resolved IXPE X-ray polarimetric observation of the northwestern rim of SNR RX J1713.7–3946. For the first time, our analysis shows that the magnetic field in the particle acceleration sites of this SNR is oriented tangentially with respect to the shock front. Because of the lack of precise Faraday rotation measurements in the radio band, this was not possible before. The average measured polarization degree (PD) of the synchrotron emission is 12.5% ± 3.3%, lower than the one measured by IXPE in SN 1006, comparable to the Tycho one, but notably higher than the one in Cassiopeia A. On subparsec scales, localized patches within RX J1713.7–3946 display a PD of up to 41.5% ± 9.5%. These results are compatible with a shock-compressed magnetic field. However, in order to explain the observed PD, either the presence of a radial net magnetic field upstream of the shock or partial reisotropization of the turbulence downstream by radial magnetohydrodynamical instabilities can be invoked. From comparison of PD and magnetic field distribution with γ -rays and 12 CO data, our results provide new inputs in favor of a leptonic origin of the γ -ray emission.

Ultraluminous X-ray sources (ULXs) are enigmatic sources first discovered in the 1980s in external galaxies. They are characterized by their extraordinarily high X-ray luminosity, which often exceeds $10^ erg \; Our study aims to obtain more information about pulsating ULXs (PULXs), first of all, their viewing geometry, since it affects almost all the observables, such as the flux, the pulsed fraction, the polarization degree (PD), and polarization angle (PA). We present a simplified model, which primarily describes the thermal emission from an accreting, highly magnetized neutron star, simulating the contributions of an accretion disk and an accretion envelope surrounding the star magnetosphere, both described by a multicolor blackbody. Numerical calculations are used to determine the flux, PD, and PA of the emitted radiation, considering various viewing geometries. The model predictions are then compared to the observed spectra of two PULXs, M51 ULX-7 and NGC 7793 P13. We identified the best fitting geometries for these sources, obtaining values of the pulsed fraction and the temperature at the inner radius of the disk compatible with those obtained from previous works. We also found that measuring the polarization observables can give considerable additional information on the source.

Abstract Magnetar-like activity has been observed in a large variety of neutron stars. PSR J1846−0258 is a young 327 ms radio-quiet pulsar with a large rotational power (∼8 × 10 36 erg s −1 ), and resides at the center of the supernova remnant Kes 75. It is one of the rare examples of a high-magnetic-field pulsar showing characteristics both of magnetars and radio pulsars, and can thus provide important clues on the differences in the emission mechanisms between these two classes. In 2006, PSR J1846−0258 was detected to undergo an outburst for the first time, accompanied by a large flux increase, millisecond X-ray bursts, significant spectral changes, and a large timing glitch. In the period between 2020 May and June, after 14 yr of quiescent stable emission, the source underwent a second magnetar-like outburst, which was followed up with several observations by Neutron Star Interior Composition Explorer, XMM-Newton, NuSTAR, and Swift. In this work, we report on the long-term timing and X-ray spectral properties of the source following the 2020 outburst, and place upper limits on any source activity at radio wavelengths. We demonstrate that the pulsed flux increased by a factor >6 during the outburst, followed by nontrivial variability in the spin-down rate. Our timing analysis shows that the spin frequency and its derivative are clearly affected by magnetospheric activity due to the outburst. We find hints for an oscillation in the frequency derivative with a timescale of 50–60 days, recovering later on to stable quiescence.