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Sofia Forsblom
Author with expertise in Astrophysical Studies of Black Holes
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Ultrasoft state of microquasar Cygnus X-3: X-ray polarimetry reveals the geometry of the astronomical puzzle

Alexandra Veledina et al.Aug 1, 2024
Cygnus X-3 is an enigmatic X-ray binary that is both an exceptional accreting system and a cornerstone for population synthesis studies. Prominent X-ray and radio properties follow a well-defined pattern, and yet the physical reasons for the state changes observed in this system are not known. Recently, the presence of an optically thick envelope around the central source in the hard state was revealed using the X-ray polarization data obtained with the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). In this work we analyse IXPE data obtained in the ultrasoft (radio quenched) state of the source. The average polarization degree (PD) of 11.9 ± 0.5% at a polarization angle (PA) of 94° ±1° is inconsistent with the simple geometry of the accretion disc viewed at an intermediate inclination. The high PD, the blackbody-like spectrum, and the weakness of fluorescent iron line imply that the central source is hidden behind the optically thick outflow, similar to the hard-state geometry, and its beamed radiation is scattered, by the matter located along the funnel axis, towards our line of sight. In this picture the observed PD is directly related to the source inclination, which we conservatively determine to lie in the range 26° < i < 28°. Using the new polarimetric properties, we propose a scenario that can be responsible for the cyclic behaviour of the state changes in the binary.
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Discovery of a strong rotation of the X-ray polarization angle in the galactic burster GX 13+1

Anna Bobrikova et al.May 17, 2024
Weakly magnetized neutron stars in X-ray binaries show a complex phenomenology with several spectral components that can be associated with the accretion disk, the boundary, and/or a spreading layer, a corona, and a wind. Spectroscopic information alone, however, is not enough to distinguish these components. The analysis of the timing data revealed that most of the variability, and in particular, kilohertz quasi-period oscillations, are associated with the high-energy component that corresponds to the boundary and/or spreading layer. Additional information about the nature of the spectral components, and in particular, about the geometry of the emission region, can be provided by X-ray polarimetry. One of the objects of the class, a bright, persistent, and rather peculiar galactic Type I X-ray burster was observed with the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) and the X-ray Multi-Mirror Mission Newton ( Using the data, we obtained the best-fit values for the continuum spectral parameters and detected strong absorption lines associated with the accretion disk wind. IXPE data showed the source to be significantly polarized in the 2--8 keV energy band, with an overall polarization degree (PD) of $1.4<!PCT!> at a polarization angle (PA) of $-2 (errors at the 68<!PCT!> confidence level). During the two-day long observation, we detected rotation of the PA by about 70 with the corresponding changes in the PD from 2<!PCT!> to nondetectable and then up to 5<!PCT!>. These variations in polarization properties are not accompanied by visible spectral state changes of the source. The energy-resolved polarimetric analysis showed a significant change in polarization, from being strongly dependent on energy at the beginning of the observation to being almost constant with energy in the later parts of the observation. As a possible interpretation, we suggest a constant polarization component, strong wind scattering, or a different polarization of the two main spectral components with an individually peculiar behavior. The rotation of the PA suggests a misalignment of the neutron star spin from the orbital axis.
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Probing the polarized emission from SMC X-1: The brightest X-ray pulsar observed by IXPE

Sofia Forsblom et al.Sep 11, 2024
Recent observations of X-ray pulsars (XRPs) performed by the Imaging X-ray Polarimetry Explorer have made it possible to investigate the intricate details of these objects in a new way, thanks to the added value of X-ray polarimetry. Here we present the results of the observations of a member of the small group of XRPs displaying super-orbital variability. was observed by three separate times during the high state of its super-orbital period. The observed luminosity in the 2--8 keV energy band of $L $ makes the brightest XRP ever observed by We detect significant polarization in all three observations, with values of the phase-averaged polarization degree (PD) and polarization angle (PA) of $3.2 0.8$<!PCT!> and $97 for Observation 1, $3.0 0.9$<!PCT!> and $90 for Observation 2, and $5.5 1.1$<!PCT!> and $80 for Observation 3, for the spectro-polarimetric analysis. The observed PD shows an increase over time with decreasing luminosity, while the PA decreases in decrements of sim 10 The phase-resolved spectro-polarimetric analysis reveals significant detection of polarization in three out of seven phase bins, with the PD ranging between sim 2<!PCT!> and sim 10<!PCT!>, and a corresponding range in the PA from sim 70 to sim 100 The pulse-phase resolved PD displays an apparent anti-correlation with the flux. Using the rotating vector model, we obtain constraints on the pulsar’s geometrical properties for the individual observations. The position angle of the pulsar displays an evolution over time supporting the idea that we observe changes related to different super-orbital phases. Scattering in the wind of the precessing accretion disk may be responsible for the behavior of the polarimetric properties observed during the high-state of super-orbital period.
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New polarimetric study of the galactic X-ray burster GX 13+1

Anna Bobrikova et al.Jun 10, 2024
Weakly magnetized neutron stars (WMNSs) are complex astrophysical objects with challenging phenomenology. For decades, they have been studied via spectrometry and timing analyses. It is well established that the spectrum of WMNSs consists of several components traditionally associated with the accretion disk, the boundary or spreading layer, and the wind, along with their interactions. Since 2022, WMNSs have been actively observed using the Imaging X-ray Polarimetry Explorer ( Polarimetric studies have provided new information about the behavior and geometry of these sources. One of the most enigmatic sources in this category, the galactic X-ray burster was first observed with in October 2023. A highly variable polarization at levels of 2--5<!PCT!> was detected, with the source showing a rotation of the polarization angle (PA), suggestive of misalignment within the system. A second observation was performed in February 2024, complemented by observations from measured an overall polarization degree (PD) of 2.5<!PCT!> and a PA of 24 while data helped us evaluate the galactic absorption and fit the continuum. Here, we study the similarities and differences in the polarimetric properties of the source during the two observations. Our findings confirm the expected misalignment in the system and the assignment of the harder component to the boundary layer. We also emphasize the significance of the wind in the system. Additionally, we observe notable differences in the variation of polarimetric properties with energy and over time.