Exploring the X-ray Transient and variable Sky Andrea De Luca - - PowerPoint PPT Presentation

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

Andrea ¡De ¡Luca

INAF/IASF ¡Milano

• n ¡behalf ¡of ¡the ¡EXTraS ¡collaboration

• 1. ¡Variability
• 3. ¡XMM/EPIC
• 2. ¡Serendipity

EXTraS: ¡the ¡rationale

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

ESA/DROXO

EXTraS ¡in ¡short

Funded ¡by ¡EU FP7-‐‑–Space-‐‑–2013-‐‑–1

• 2014-‐‑–2016

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

The ¡most ¡sensitive ¡and ¡complete ¡ investigation ¡of ¡variability ¡in ¡the ¡ soft ¡X-‐‑–ray ¡sky ¡

explore ¡the ¡serendipitous ¡content ¡of ¡ the ¡XMM-‐‑–Newton/EPIC ¡database ¡in ¡ the ¡time ¡domain ¡ make ¡it ¡available ¡and ¡easy ¡to ¡use ¡to ¡ the ¡whole ¡community. ¡ allow ¡to ¡do ¡more, ¡new ¡science ¡

The ¡EPIC ¡database: ¡pointed ¡observations

Pointed ¡obs. ¡à à ¡3XMM ¡catalogue*

• 877 ¡deg2 ¡non-‐‑–overlapping

565962 ¡sources ¡(396910 ¡unique) 70453 ¡with ¡>1 ¡detection ¡(up ¡to ¡48) 0.5-‐‑–2 ¡keV ¡sensitivity ¡ ¡3(1) ¡·√10-‐‑–15 ¡cgs 2-‐‑–10 ¡keV ¡sensitivity ¡1.5(0.8) ¡·√10-‐‑–14 ¡cgs *by ¡the ¡XMM ¡SSC

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

image ¡by ¡S.Rosen

The ¡EPIC ¡database: ¡slew ¡data

Slew ¡obs. ¡ 68% ¡sky ¡ ¡(22% ¡>1 ¡epoch) 7-‐‑–10 ¡s ¡per ¡epoch Slew ¡obs. ¡à à ¡XSS ¡catalogue 20163 ¡sources ¡(18400 ¡unique) 950 ¡with ¡>1 ¡detection ¡(up ¡to ¡8) 0.5-‐‑–2 ¡keV ¡sensitivity ¡6 ¡·√10-‐‑–13 ¡cgs 2-‐‑–10 ¡keV ¡sensitivity ¡2 ¡·√10-‐‑–12 ¡cgs

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image ¡by ¡A. ¡Read image ¡by ¡S.Rosen

Exploring ¡EPIC ¡data ¡– ¡short-‐‑–term ¡variability

LCs ¡with ¡uniform ¡binning Basic ¡variability ¡test Pointed ¡obs. EXTraS ¡will explore ¡and ¡characterize full ¡parameter ¡space

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

• 1. ¡Aperiodic ¡variability
• 2. ¡Periodicity
• 3. ¡New ¡(fast) ¡transients

Systematic ¡study ¡of ¡all ¡point ¡sources

• Light ¡curves ¡(uniform/nonuniform ¡bin); ¡

hardness ¡ratios

• FFT ¡spectra
• Set ¡of ¡synthetic ¡parameters ¡

Exploring ¡EPIC ¡data ¡– ¡short-‐‑–term ¡variability

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

• 1. ¡Aperiodic ¡variability
• 2. ¡Periodicity
• 3. ¡New ¡transients

Exploring ¡EPIC ¡data ¡– ¡short-‐‑–term ¡variability

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

Systematic ¡study ¡of ¡>300,000 ¡sources

• Unbinned ¡analysis
• Folded ¡LCs, ¡U.L.

• 1. ¡Aperiodic ¡variability
• 2. ¡Periodicity
• 3. ¡New ¡transients

Missed ¡by ¡standard ¡source ¡detection

• Position
• Light ¡curve
• Constraints ¡on ¡spectrum

Exploring ¡EPIC ¡data ¡– ¡short-‐‑–term ¡variability

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

4XN[OKESOX<FDDBKSK8HE[KDCOSOOO]SXSKX(DO]OWLO[ 10"

DWHTXPLTPOPT>C,(C?B

Flare&image& Full&observa/on&image&

• EXTraS ¡will ¡fill ¡the ¡gap
• Flux ¡measurements ¡& ¡Upper ¡limits ¡

for ¡all ¡srcs. ¡using ¡all ¡available ¡data ¡

• Production ¡of ¡long-‐‑–term ¡LCs
• Test, ¡quantification,characterization ¡
• f ¡variability

Sources ¡with ¡multiple ¡detections XSS 3XMM

Exploring ¡EPIC ¡data ¡– ¡long-‐‑–term ¡variability

Data ¡span ¡up ¡to ¡14+ ¡yr No ¡systematic ¡studies ¡so ¡far

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

Aperiodic ¡ variability Periodicity ¡ search Transient search Long-‐‑–term ¡ variability

EPIC ¡data ¡analysis

EXTraS: ¡the ¡output

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

1° ¡complete ¡run ¡by ¡end ¡2015 ¡ ¡ 1° ¡run ¡(FFT) ¡by ¡end ¡2015 ¡ ¡ 1° ¡preliminary ¡run ¡completed ¡ Improved ¡version ¡by ¡end ¡2015 ¡ LTV ¡catalogue ¡created ¡ Upper ¡limits ¡are ¡being ¡produced ¡

Aperiodic ¡ variability Periodicity ¡ search Transient search Long-‐‑–term ¡ variability

EPIC ¡data ¡analysis

MWL ¡ characteriz.

EXTraS: ¡the ¡output

For ¡new ¡ discoveries Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

Extensive ¡ use ¡of ¡ ARCHES ¡

• utput

Aperiodic ¡ variability Periodicity ¡ search Transient search Long-‐‑–term ¡ variability

EPIC ¡data ¡analysis

MWL ¡ characteriz. Phenomenological ¡ classification Public ¡archive: results, ¡products, SW ¡tools

EXTraS: ¡the ¡output

For ¡new ¡ discoveries Automatic ¡ algorithm, ¡using ¡ all ¡src ¡properties VO ¡tools

Release: ¡ end ¡of ¡2016 ¡

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

Science

Supernovae X-‐‑–ray ¡ burst ¡ from ¡ shock-‐‑– ¡ wave ¡ (as ¡SN ¡2008D ¡and ¡XRF060218) ¡

• EXTraS ¡expects ¡~∽10 ¡events

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ → m e a s u r e ¡ o f ¡ S N ¡ r a t e ¡ ¡ independent ¡from ¡optical ¡data GRBs: ¡early ¡afterglow

• f ¡faint ¡bursts ¡
• Orphan ¡GRBs?

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ →~∽0-‐‑–20 ¡GRBs

• Possible ¡to ¡see ¡the ¡

first ¡orphan ¡GRB? →model ¡constraints ¡ ULX

• ‐‑–Charact. ¡ variability, ¡ also ¡ for ¡ faint ¡ ¡

sources

• ‐‑–Blind ¡search ¡for ¡spin

and ¡orbital ¡periodicity

• ‐‑–Look ¡for ¡outbursts

Tidal ¡Disruption ¡Events

• X-‐‑–ray: ¡flares ¡and

¡flux ¡decay ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Variability ¡time ¡scale ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡↓ ¡ ¡Info ¡on ¡physics

• Constrain ¡TDE ¡rates ¡ ¡

AGNs: ¡3XMM→ ¡sample ¡of ¡~∽100 ¡ AGN ¡with ¡the ¡possibility ¡ ¡to: ¡ ¡ ¡-‐‑– ¡measure ¡the ¡BH ¡mass ¡-‐‑– ¡better ¡calibrate ¡the ¡variability-‐‑– ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ luminosity ¡ ¡relation ¡locally.

• Blazars: ¡
• ‐‑–X-‐‑–ray ¡variability
• ‐‑–Ultra ¡fast ¡X ¡var.:

¡ ¡-‐‑–Exist? ¡ ¡-‐‑–What ¡sources? ¡ ¡-‐‑–Correlation? X-‐‑–ray ¡Binaries ¡ LMXB-‐‑–bursters ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ HMXB-‐‑–SFXT: Monitor ¡for ¡bursts ¡and ¡flares Search ¡for ¡periodicity ¡and ¡pulsations ¡ Stellar ¡Flares: ¡thousandsof ¡ b u r s t s ¡ f r o m ¡ a ¡ b r o a d ¡ population ¡ of ¡ stars ¡ and ¡ prestars ¡

• B u r s t s ¡ a n d ¡ o r b i t a l ¡

modulations ¡from ¡Dwarf ¡ Novae ¡and ¡CVs. Magnetars/ SGRs ¡/ ¡XDINSs

• New ¡ members ¡ to ¡

be ¡ discovered ¡ via ¡ detection ¡of ¡bursts ¡ and/or ¡pulsations ¡ Fast ¡Radio ¡Bursts ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ~∽ms ¡in ¡radio ¡X ¡counterparts? ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

• ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡EXTraS ¡potential: ¡~∽ ¡100 ¡FRBs! ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡↓ Very ¡interesting ¡discovery ¡space ¡ ¡

What ¡science ¡ will ¡you ¡do ¡ with ¡EXTraS ¡?

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Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

EXTraS ¡Science ¡highlights: ¡I

A ¡faint ¡3XMM ¡source... 120 ¡ks It's ¡a ¡transient ¡! Young ¡Stellar ¡Object: ¡CRBR51 Time ¡(s) Rate ¡(cts/s) 25 ¡cts ¡in ¡2000 ¡s ¡ no ¡other ¡emission ¡in ¡>300 ¡ks 2 ¡ks

• Emission ¡consistent ¡with ¡stellar ¡flare ¡

kT~∽5 ¡keV, ¡NH~∽6·√1022cm-‐‑–2

• ¡ ¡ ¡
• Quiescence ¡upper ¡limit: ¡LogLX ¡< ¡29 ¡ ¡

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What ¡is ¡CRBR51?

• Pizzocaro, ¡Stelzer ¡et ¡al. ¡(2015)

A&A, ¡in ¡press arXiv:1510.06286

A ¡flare ¡from ¡a ¡class ¡0/1 ¡YSO

1μm ¡– ¡1mm ¡SED (very ¡complex ¡field) Clear ¡indications ¡ for ¡a ¡class ¡0/1 ¡YSO X-‐‑–ray ¡emission ¡ from ¡such ¡early ¡protostars ¡ is ¡poorly ¡known! ¡

EXTraS ¡Science ¡highlights: ¡II

Exploring ¡the ¡X-‐‑–ray ¡Transient ¡and ¡variable ¡Sky

Discovery ¡of ¡1.2 ¡s ¡pulsations ¡in ¡a ¡ source ¡lying ¡in ¡the ¡direction ¡of ¡M31 ¡

Strong ¡modulaBon ¡of ¡the ¡PSR ¡period: ¡ Doppler ¡shiI ¡in ¡a ¡1.27 ¡day ¡orbit ¡ ¡

10−4 10−3 0.01 0.1 1 1 10 Power Frequency (Hz) 3.5 threshold Poissonian noise level

0.5 1 1.5 2 0.02 0.03 0.04 0.05 Counts/s Phase

0.5 1.0 1.5 2.0 F (10

• 12 erg cm
• 2 s
• 1)

0.5 1.0 1.5 L (10

38 erg s

• 1)

52000 52500 53000 53500 54000 54500 55000 55500 56000 56500 Date (MJD) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

• Hard ¡power ¡law ¡spectrum ¡

¡ Significant ¡variability ¡in ¡35 ¡XMM ¡obs. ¡ spanning ¡12 ¡yr ¡ ¡ LX ¡~ ¡(0.35 ¡-­‑ ¡1.8) ¡× ¡1038 ¡erg/s ¡

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A ¡peculiar ¡XRB ¡in ¡M31

HST/ACS ¡F814W ¡image

3XMM ¡position ¡consistent ¡with ¡ globular ¡cluster ¡GlC377 V ¡> ¡22.1 ¡­∓ ¡MV>-‐‑–2.5

• Min. ¡companion ¡mass ¡≈0.4 ¡M¤
• A ¡HMXB ¡with ¡a ¡Roche-‐‑–lobe ¡

filling ¡companion ¡star?

• a ¡peculiar ¡LMXB ¡similar ¡to ¡4U ¡

1626–67 ¡and ¡4U ¡1822–37 ¡? ¡ ¡

• an ¡ʻ’intermediate-‐‑–massʼ‚ ¡XRB ¡

similar ¡to ¡Her ¡X–1 ¡?

• Esposito ¡et ¡al., ¡to ¡appear ¡in ¡MNRAS

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Project ¡Coordinator

• A. ¡De ¡Luca ¡

(INAF/IASF ¡Milano) ¡ For ¡general ¡information

• A. ¡De ¡Luca ¡

(INAF/IASF ¡Milano) ¡

• R. ¡Salvaterra ¡

(INAF/IASF ¡Milano) ¡

• D. ¡Dʼ‚Agostino ¡ (CNR-‐‑–IMATI ¡Genova) ¡
• A. ¡Tiengo ¡

(IUSS ¡Pavia) ¡

• M. ¡Watson ¡

(Leicester ¡Univ.) ¡ F . ¡Haberl ¡ (MPE) ¡

• J. ¡Wilms ¡

(ECAP) ¡ Aperiodic ¡variability

• A. ¡Belfiore ¡

(INAF/IASF ¡Milano) ¡ Periodicity ¡search

• G. ¡Israel ¡ ¡

(INAF/OA ¡Roma) ¡ Transient ¡search

• A. ¡Tiengo ¡

(IUSS ¡Pavia) ¡ Long-‐‑–term ¡variability

• S. ¡Rosen ¡

(Leicester ¡Univ.) ¡ Screening ¡of ¡results F . ¡Haberl ¡ (MPE) ¡ MWL ¡& ¡Classification

• J. ¡Wilms ¡

(ECAP) ¡ Archive ¡management

• D. ¡Law-‐‑–Green (Leicester ¡Univ.) ¡

Outreach ¡& ¡education

• S. ¡Sandrelli

(INAF/OA ¡Brera)

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