Aims. During the last ~50 years, the population of black hole candidates in X-ray binaries has increased considerably, with 59 Galactic objects being detected in transient low-mass X-ray binaries, as well as a few in persistent systems (including ~5 extragalactic binaries).

Abstract New millisecond pulsars (MSPs) in compact binaries provide a good opportunity to search for the most massive neutron stars. Their main-sequence companion stars are often strongly irradiated by the pulsar, displacing the effective center of light from their barycenter and making mass measurements uncertain. We present a series of optical spectroscopic and photometric observations of PSR J2215+5135, a “redback” binary MSP in a 4.14 hr orbit, and measure a drastic temperature contrast between the dark/cold ( T N = 5660  K) and bright/hot ( T D = 8080  K) sides of the companion star. We find that the radial velocities depend systematically on the atmospheric absorption lines used to measure them. Namely, the semi-amplitude of the radial velocity curve (RVC) of J2215 measured with magnesium triplet lines is systematically higher than that measured with hydrogen Balmer lines, by 10%. We interpret this as a consequence of strong irradiation, whereby metallic lines dominate the dark side of the companion (which moves faster) and Balmer lines trace its bright (slower) side. Further, using a physical model of an irradiated star to fit simultaneously the two-species RVCs and the three-band light curves, we find a center-of-mass velocity of K 2 = 412.3 ± 5.0 km s −1 and an orbital inclination i = 63.°9  . Our model is able to reproduce the observed fluxes and velocities without invoking irradiation by an extended source. We measure masses of M 1 = 2.27  M ⊙ and M 2 = 0.33  M ⊙ for the neutron star and the companion star, respectively. If confirmed, such a massive pulsar would rule out some of the proposed equations of state for the neutron star interior.

Abstract We report here the results obtained from a systematic optical photometric survey aimed at finding new compact binary millisecond pulsars (also known as “spiders”): the COmpact BInary PULsar SEarch. We acquired multiband optical images over 1 yr around 33 unidentified Fermi Large Area Telescope sources, selected as pulsar candidates based on their curved GeV spectra and steady γ -ray emission. We present the discovery of four optical variables coinciding with the Fermi sources 3FGL J0737.2−3233, 3FGL J2117.6+3725 (two systems in this field), and 3FGL J2221.6+6507, which we propose as new candidate spider systems. Indeed, they all show optical flux modulation consistent with orbital periods of 0.3548(5), 0.25328(6), 0.441961(2), and 0.165(4) days, respectively, with amplitudes ≳0.3 mag and colors compatible with companion star temperatures of 5000–6000 K. These properties are consistent with the “redback” subclass of spider pulsars. If confirmed as a millisecond pulsar, 3FGL J0737.2−3233 will be the closest known spider to Earth ( D = 659 − 20 + 16  pc , from Gaia-DR3 parallax). We searched and did not find any X-ray sources matching our four candidates, placing 3 σ upper limits of ∼10 31 –10 32 erg s −1 (0.3–10 keV) on their soft X-ray luminosities. We also present and discuss other multiwavelength information on our spider candidates, from infrared to X-rays.

GX 339-4 is one of the prototypical black hole X-ray transients, exhibiting recurrent outbursts that allow detailed studies of black hole accretion and ejection phenomena. In this work we present four epochs of optical and near-infrared spectroscopy obtained with X-shooter at the Very Large Telescope. The dataset includes two hard state spectra, collected during the 2013 and 2015 outbursts, and two soft state spectra observed during the 2021 outburst. Strong Balmer, Paschen He i and He ii emission lines are consistently observed in all spectra, while Brackett transitions and the Bowen blend are only prominent in the soft state. Although P-Cygni profiles are not identified, the presence of wind signatures, such as extended emission wings, flat-top and asymmetric red-skewed profiles, is consistently observed through most emission lines, suggesting the presence of wind-type ejecta. These features are particularly evident in the hard state, but they are also observed in the soft state, especially in the near-infrared. This strengthens the case for state-independent winds in black hole transients and increases the evidence for wind signatures in low-to-intermediate orbital inclination systems. We also study the spectral energy distribution, which provides evidence for the presence of synchrotron emission during the hard state. The jet significantly affects the near-infrared continuum, greatly diluting the emission features produced in the accretion flow. The simultaneous identification of both jet and wind signatures during the hard state reinforces the idea of a complex outflow scenario, in which different types of ejecta coexist.