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.

Transitional millisecond pulsars (tMSPs) represent a dynamic category of celestial sources that establish a crucial connection between low-mass X-ray binaries and millisecond radio pulsars. These systems exhibit transitions from rotation-powered states to accretion-powered ones and vice versa, highlighting the tight evolutionary link expected by the so-called recycling scenario. In their active phase, these sources manifest two distinct emission modes named high and low, occasionally punctuated by sporadic flares. Here, we present high-time-resolution spectroscopic observations of the binary tMSP J1023+0038, in the sub-luminous disc state. This is the first short-timescale (sim 1 min) optical spectroscopic campaign ever conducted on a tMSP. The campaign was carried out over the night of June 10, 2021 using the Gran Telescopio Canarias. The optical continuum shows erratic variability, without clear evidence of high and low modes or of orbital modulation. Besides, the analysis of these high-temporal-cadence spectroscopic observations reveals, for the first time, evidence for a significant (up to a factor of $ 2$) variability in the emission line properties (equivalent width and full width half maximum) over a timescale of minutes. Intriguingly, the variability episodes observed in the optical continuum and in the emission line properties seem uncorrelated, making their origin unclear.

Abstract We present the first X-ray polarization measurements of GX 339–4. IXPE observed this source twice during its 2023–2024 outburst, once in the soft-intermediate state and again during a soft state. The observation taken during the intermediate state shows a significant (4 σ ) polarization degree P X = 1.3% ± 0.3% and polarization angle θ X = −74° ± 7° only in the 3–8 keV band. FORS2 at the Very Large Telescope observed the source simultaneously, detecting optical polarization in the B , V , R , and I bands (between ∼0.1% and ∼0.7%), all roughly aligned with the X-ray polarization. We also detect a discrete jet knot from radio observations with the Australia Telescope Compact Array taken later in time; this knot would have been ejected from the system around the same time as the hard-to-soft X-ray state transition, and a bright radio flare occurred ∼3 months earlier. The proper motion of the jet knot provides a direct measurement of the jet orientation angle on the plane of the sky at the time of the ejection. We find that both the X-ray and optical polarization angles are aligned with the direction of the ballistic jet.

We report the discovery of polarized X-ray emission from an accreting millisecond pulsar. During a 10-day-long coverage of the February 2024 outburst of srga the Imaging X-ray Polarimetry Explorer ( detected an average polarization degree of the 2--8 keV emission of $2.3% ± 0.4%$ at an angle of $59 (east of north; the uncertainties quoted are at the 1σ confidence level). The polarized signal shows a significant energy dependence with a degree of $4.0%±0.5%$ between 3 and 6 keV and $ <1.5%$ (90% c.l.) in the 2--3 keV range. We used and observations to obtain an accurate pulse-timing solution and to perform a phase-resolved polarimetric analysis of ixpe data. We did not detect any significant variability in the Stokes parameters Q and U with the spin and orbital phases. We used the relativistic rotating-vector model to show that a moderately fan-beam emission from two point-like spots at low magnetic obliquity (≃ 10 is compatible with the observed pulse profile and polarization properties. ixpe also detected 52 type I X-ray bursts whose recurrence time Δ t_ rec increased from 2 to 8 h as a function of the observed count rate C as Δ t_ rec ∝ C^ . We stacked the emission observed during all the bursts and obtained an upper limit on the polarization degree of $8.5$% (90% c.l.).

Abstract We present mid-infrared (MIR) spectral-timing measurements of the prototypical Galactic microquasar GRS 1915+105. The source was observed with the Mid-Infrared Instrument (MIRI) onboard JWST in June 2023 at a MIR luminosity LMIR ≈ 1036 erg s−1 exceeding past IR levels by about a factor of 10. In contrast, the X-ray flux is much fainter than the historical average, in the source’s now–persistent ‘obscured’ state. The MIRI low-resolution spectrum shows a plethora of emission lines, the strongest of which are consistent with recombination in the hydrogen Pfund (Pf) series and higher. Low amplitude (∼ 1%) but highly significant peak-to-peak photometric variability is found on timescales of ∼ 1,000 s. The brightest Pf (6–5) emission line lags the continuum. Though difficult to constrain accurately, this lag is commensurate with light-travel timescales across the outer accretion disc or with expected recombination timescales inferred from emission line diagnostics. Using the emission line as a bolometric indicator suggests a moderate (∼ 5–30 % Eddington) intrinsic accretion rate. Multiwavelength monitoring shows that JWST caught the source close in-time to unprecedentedly bright MIR and radio long-term flaring. Assuming a thermal bremsstrahlung origin for the MIRI continuum suggests an unsustainably high mass-loss rate during this time unless the wind remains bound, though other possible origins cannot be ruled out. PAH features previously detected with Spitzer are now less clear in the MIRI data, arguing for possible destruction of dust in the interim. These results provide a preview of new parameter space for exploring MIR spectral-timing in XRBs and other variable cosmic sources on rapid timescales.

Abstract We present a comprehensive analysis of the optical and infrared (IR) properties of high-mass X-ray binary (HMXB) IC 10 X-2, classified as a supergiant HMXB and superfast X-ray transient by previous work. Our analysis of regular (daily and weekly) observations by both the Zwicky Transient Facility and Las Cumbres Observatory over a 5 yr period indicates both periodic flares and variations in the apparent magnitude and color with a period of ∼26.5 days—likely the orbital period of this binary system. The periodic flaring suggests the stellar companion is a Be star, with flares resulting from increased accretion onto the neutron star (NS) when it enters the stellar decretion disk. The periodic variations in the optical/IR brightness and color likely result from orbital variations in the hydrogen column density along the line of sight or a transient accretion disk around the NS. Lastly, the numerous short-duration episodes where IC 10 X-2 is significantly “redder” or “bluer” than normal likely result from clumps within this system—which can accrete onto the NS (causing IC 10 X-2 to appear bluer) or pass through the line of sight (causing IC 10 X-2 to appear redder). These results substantially increase our understanding of the evolution of this source, which is a significant source of ionizing photons in its host galaxy IC 10, a low-mass, metal-poor starburst galaxy similar in many respects to those thought to be common in the early Universe.