Studying geometry of the ultraluminous X-ray pulsar Swift J0243.6+6124 using X-ray and optical polarimetry
Juri Poutanen
,
Sergey S Tsygankov
,
Victor Doroshenko
,
Sofia V Forsblom
,
Peter Jenke
,
Philip Kaaret
,
Andrei V Berdyugin
,
Dmitry Blinov
,
Vadim Kravtsov
,
Ioannis Liodakis
,
Anastasia Tzouvanou
,
Alessandro Di Marco
,
Jeremy Heyl
,
Fabio La Monaca
,
Alexander A Mushtukov
,
George G Pavlov
,
Alexander Salganik
,
Alexandra Veledina
,
Martin C Weisskopf
,
Silvia Zane
,
Vladislav Loktev
,
Valery F Suleimanov
,
Colleen Wilson-Hodge
,
Svetlana V Berdyugina
,
Masato Kagitani
,
Vilppu Piirola
,
Takeshi Sakanoi
,
Iván Agudo
,
Lucio A Antonelli
,
Matteo Bachetti
,
Luca Baldini
,
Wayne H Baumgartner
,
Ronaldo Bellazzini
,
Stefano Bianchi
,
Stephen D Bongiorno
,
Raffaella Bonino
,
Alessandro Brez
,
Niccolò Bucciantini
,
Fiamma Capitanio
,
Simone Castellano
,
Elisabetta Cavazzuti
,
Chien-Ting Chen
,
Stefano Ciprini
,
Enrico Costa
,
Alessandra de Rosa
,
Ettore del Monte
,
Laura Di Gesu
,
Niccolò Di Lalla
,
Immacolata Donnarumma
,
Michal Dovčiak
,
Steven R Ehlert
,
Teruaki Enoto
,
Yuri Evangelista
,
Sergio Fabiani
,
Riccardo Ferrazzoli
,
Javier A Garcia
,
Shuichi Gunji
,
Kiyoshi Hayashida
,
Wataru Iwakiri
,
Svetlana G Jorstad
,
Vladimir Karas
,
Fabian Kislat
,
Takao Kitaguchi
,
Jeffery J Kolodziejczak
,
Luca Latronico
,
Simone Maldera
,
Alberto Manfreda
,
Frédéric Marin
(1)
,
Andrea Marinucci
,
Alan P Marscher
,
Herman L Marshall
,
Francesco Massaro
,
Giorgio Matt
,
Ikuyuki Mitsuishi
,
Tsunefumi Mizuno
,
Fabio Muleri
,
Michela Negro
,
Chi-Yung Ng
,
Stephen L O’dell
,
Nicola Omodei
,
Chiara Oppedisano
,
Alessandro Papitto
,
Abel L Peirson
,
Matteo Perri
,
Melissa Pesce-Rollins
,
Pierre-Olivier Petrucci
(2)
,
Maura Pilia
,
Andrea Possenti
,
Simonetta Puccetti
,
Brian D Ramsey
,
John Rankin
,
Ajay Ratheesh
,
Oliver J Roberts
,
Roger W Romani
,
Carmelo Sgrò
,
Patrick Slane
,
Paolo Soffitta
,
Gloria Spandre
,
Douglas A Swartz
,
Toru Tamagawa
,
Fabrizio Tavecchio
,
Roberto Taverna
,
Yuzuru Tawara
,
Allyn F Tennant
,
Nicholas E Thomas
,
Francesco Tombesi
,
Alessio Trois
,
Roberto Turolla
,
Jacco Vink
,
Kinwah Wu
,
Fei Xie
Juri Poutanen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 799387
- ORCID : 0000-0002-0983-0049
- IdRef : 085566497
Sergey S Tsygankov
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159220
- ORCID : 0000-0002-9679-0793
Victor Doroshenko
- Fonction : Auteur
- PersonId : 779714
- ORCID : 0000-0001-8162-1105
Sofia V Forsblom
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1439324
- ORCID : 0000-0001-9167-2790
Peter Jenke
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1439325
- ORCID : 0000-0002-9877-6768
Philip Kaaret
- Fonction : Auteur
- PersonId : 774550
- ORCID : 0000-0002-3638-0637
Andrei V Berdyugin
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1411792
- ORCID : 0000-0002-9353-5164
Dmitry Blinov
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1439326
- ORCID : 0000-0003-0611-5784
Vadim Kravtsov
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1423496
- ORCID : 0000-0002-7502-3173
Ioannis Liodakis
- Fonction : Auteur
- PersonId : 793572
- ORCID : 0000-0001-9200-4006
Anastasia Tzouvanou
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1439327
- ORCID : 0009-0004-4171-8454
Alessandro Di Marco
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159197
- ORCID : 0000-0003-0331-3259
Jeremy Heyl
- Fonction : Auteur
- PersonId : 793860
- ORCID : 0000-0001-9739-367X
Fabio La Monaca
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159203
- ORCID : 0000-0001-8916-4156
Alexander A Mushtukov
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1439328
- ORCID : 0000-0003-2306-419X
George G Pavlov
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159213
- ORCID : 0000-0002-7481-5259
Alexander Salganik
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1439329
- ORCID : 0000-0003-2609-8838
Alexandra Veledina
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1176282
- ORCID : 0000-0002-5767-7253
Martin C Weisskopf
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159223
- ORCID : 0000-0002-5270-4240
Silvia Zane
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195758
- ORCID : 0000-0001-5326-880X
Vladislav Loktev
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1439330
- ORCID : 0000-0001-6894-871X
Valery F Suleimanov
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1357937
- ORCID : 0000-0003-3733-7267
Colleen Wilson-Hodge
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1439331
- ORCID : 0000-0002-8585-0084
Svetlana V Berdyugina
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1439332
- ORCID : 0000-0002-2238-7416
Masato Kagitani
- Fonction : Auteur
- PersonId : 823743
- ORCID : 0000-0002-4115-7122
Vilppu Piirola
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1423494
- ORCID : 0000-0003-0186-206X
Takeshi Sakanoi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 818002
- ORCID : 0000-0002-7146-9020
Iván Agudo
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159188
- ORCID : 0000-0002-3777-6182
Lucio A Antonelli
- Fonction : Auteur
- PersonId : 761992
- ORCID : 0000-0002-5037-9034
Matteo Bachetti
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159189
- ORCID : 0000-0002-4576-9337
Luca Baldini
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159190
- ORCID : 0000-0002-9785-7726
Wayne H Baumgartner
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195760
- ORCID : 0000-0002-5106-0463
Ronaldo Bellazzini
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159191
- ORCID : 0000-0002-2469-7063
Stefano Bianchi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159184
- ORCID : 0000-0002-4622-4240
Stephen D Bongiorno
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195761
- ORCID : 0000-0002-0901-2097
Raffaella Bonino
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159192
- ORCID : 0000-0002-4264-1215
Alessandro Brez
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195762
- ORCID : 0000-0002-9460-1821
Niccolò Bucciantini
- Fonction : Auteur
- PersonId : 815651
- ORCID : 0000-0002-8848-1392
Fiamma Capitanio
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159222
- ORCID : 0000-0002-6384-3027
Simone Castellano
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159174
- ORCID : 0000-0003-1111-4292
Elisabetta Cavazzuti
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159193
- ORCID : 0000-0001-7150-9638
Chien-Ting Chen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1411818
- ORCID : 0000-0002-4945-5079
Stefano Ciprini
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159194
- ORCID : 0000-0002-0712-2479
Enrico Costa
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159195
- ORCID : 0000-0003-4925-8523
Alessandra de Rosa
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1176270
- ORCID : 0000-0001-5668-6863
Ettore del Monte
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159196
- ORCID : 0000-0002-3013-6334
Laura Di Gesu
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195763
- ORCID : 0000-0002-5614-5028
Niccolò Di Lalla
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195764
- ORCID : 0000-0002-7574-1298
Immacolata Donnarumma
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195765
- ORCID : 0000-0002-4700-4549
Michal Dovčiak
- Fonction : Auteur
- PersonId : 797626
- ORCID : 0000-0003-0079-1239
Steven R Ehlert
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1176283
- ORCID : 0000-0003-4420-2838
Teruaki Enoto
- Fonction : Auteur
- PersonId : 764101
- ORCID : 0000-0003-1244-3100
Yuri Evangelista
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195766
- ORCID : 0000-0001-6096-6710
Sergio Fabiani
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159198
- ORCID : 0000-0003-1533-0283
Riccardo Ferrazzoli
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159175
- ORCID : 0000-0003-1074-8605
Javier A Garcia
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159199
- ORCID : 0000-0003-3828-2448
Shuichi Gunji
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195767
- ORCID : 0000-0002-5881-2445
Kiyoshi Hayashida
- Fonction : Auteur
Wataru Iwakiri
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159200
- ORCID : 0000-0002-0207-9010
Svetlana G Jorstad
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195768
- ORCID : 0000-0001-9522-5453
Vladimir Karas
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755742
- ORCID : 0000-0002-5760-0459
Fabian Kislat
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1411819
- ORCID : 0000-0001-7477-0380
Takao Kitaguchi
- Fonction : Auteur
Jeffery J Kolodziejczak
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195769
- ORCID : 0000-0002-0110-6136
Luca Latronico
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159204
- ORCID : 0000-0002-0984-1856
Simone Maldera
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159205
- ORCID : 0000-0002-0698-4421
Alberto Manfreda
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159206
- ORCID : 0000-0002-0998-4953
Frédéric Marin
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159185
- ORCID : 0000-0003-4952-0835
Andrea Marinucci
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159176
- ORCID : 0000-0002-2055-4946
Alan P Marscher
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159186
- ORCID : 0000-0001-7396-3332
- IdRef : 24833249X
Herman L Marshall
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159177
- ORCID : 0000-0002-6492-1293
Francesco Massaro
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159207
- ORCID : 0000-0002-1704-9850
Giorgio Matt
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755741
- ORCID : 0000-0002-2152-0916
Ikuyuki Mitsuishi
- Fonction : Auteur
Tsunefumi Mizuno
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159208
- ORCID : 0000-0001-7263-0296
Fabio Muleri
- Fonction : Auteur
- PersonId : 793858
- ORCID : 0000-0003-3331-3794
Michela Negro
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159209
- ORCID : 0000-0002-6548-5622
Chi-Yung Ng
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159210
- ORCID : 0000-0002-5847-2612
Stephen L O’dell
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195770
- ORCID : 0000-0002-1868-8056
Nicola Omodei
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159211
- ORCID : 0000-0002-5448-7577
Chiara Oppedisano
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195771
- ORCID : 0000-0001-6194-4601
Alessandro Papitto
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159212
- ORCID : 0000-0001-6289-7413
Abel L Peirson
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159214
- ORCID : 0000-0001-6292-1911
Matteo Perri
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159180
- ORCID : 0000-0003-3613-4409
Melissa Pesce-Rollins
- Fonction : Auteur
- PersonId : 760585
- ORCID : 0000-0003-1790-8018
Pierre-Olivier Petrucci
- Fonction : Auteur
- PersonId : 739658
- IdHAL : pierre-olivier-petrucci
- ORCID : 0000-0001-6061-3480
- IdRef : 138456216
Maura Pilia
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159215
- ORCID : 0000-0001-7397-8091
Andrea Possenti
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159216
- ORCID : 0000-0001-5902-3731
Simonetta Puccetti
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159182
- ORCID : 0000-0002-2734-7835
Brian D Ramsey
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195772
- ORCID : 0000-0003-1548-1524
John Rankin
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159217
- ORCID : 0000-0002-9774-0560
Ajay Ratheesh
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195773
- ORCID : 0000-0003-0411-4243
Oliver J Roberts
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1411820
- ORCID : 0000-0002-7150-9061
Roger W Romani
- Fonction : Auteur
- PersonId : 799388
- ORCID : 0000-0001-6711-3286
Carmelo Sgrò
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159218
- ORCID : 0000-0001-5676-6214
Patrick Slane
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159219
- ORCID : 0000-0002-6986-6756
Paolo Soffitta
- Fonction : Auteur
- PersonId : 799386
- ORCID : 0000-0002-7781-4104
Gloria Spandre
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195774
- ORCID : 0000-0003-0802-3453
Douglas A Swartz
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1411821
- ORCID : 0000-0002-2954-4461
Toru Tamagawa
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195775
- ORCID : 0000-0002-8801-6263
Fabrizio Tavecchio
- Fonction : Auteur
- PersonId : 757241
- ORCID : 0000-0003-0256-0995
Roberto Taverna
- Fonction : Auteur
- PersonId : 799389
- ORCID : 0000-0002-1768-618X
Yuzuru Tawara
- Fonction : Auteur
Allyn F Tennant
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195776
- ORCID : 0000-0002-9443-6774
Nicholas E Thomas
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195777
- ORCID : 0000-0003-0411-4606
Francesco Tombesi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195778
- ORCID : 0000-0002-6562-8654
Alessio Trois
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1176284
- ORCID : 0000-0002-3180-6002
Roberto Turolla
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159221
- ORCID : 0000-0003-3977-8760
Jacco Vink
- Fonction : Auteur
- PersonId : 756156
- ORCID : 0000-0002-4708-4219
Kinwah Wu
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159187
- ORCID : 0000-0002-7568-8765
Fei Xie
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1195779
- ORCID : 0000-0002-0105-5826
Résumé
Discovery of pulsations from a number of ultra-luminous X-ray (ULX) sources proved that accretion onto neutron stars can produce luminosities exceeding the Eddington limit by several orders of magnitude. The conditions necessary to achieve such high luminosities as well as the exact geometry of the accretion flow in the neutron star vicinity are, however, a matter of debate. The pulse phase-resolved polarization measurements that became possible with the launch of the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) can be used to determine the pulsar geometry and its orientation relative to the orbital plane. They provide an avenue to test different theoretical models of ULX pulsars. In this paper we present the results of three IXPE observations of the first Galactic ULX pulsar Swift J0243.6+6124 during its 2023 outburst. We find strong variations in the polarization characteristics with the pulsar phase. The average polarization degree increases from about 5% to 15% as the flux dropped by a factor of three in the course of the outburst. The polarization angle (PA) as a function of the pulsar phase shows two peaks in the first two observations, but changes to a characteristic sawtooth pattern in the remaining data set. This is not consistent with a simple rotating vector model. Assuming the existence of an additional constant polarized component, we were able to fit the three observations with a common rotating vector model and obtain constraints on the pulsar geometry. In particular, we find the pulsar angular momentum inclination with respect to the line of sight of i p = 15°–40°, the magnetic obliquity of θ p = 60°–80°, and the pulsar spin position angle of χ p ≈ −50°, which significantly differs from the constant component PA of about 10°. Combining these X-ray measurements with the optical PA, we find evidence for at least a 30° misalignment between the pulsar angular momentum and the binary orbital axis.
Origine | Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte |
---|---|
Licence |