Seçilmiş bazı aşırı parlak X-ışın kaynaklarının çoklu dalgaboyu analizleri
Multi wavelength analysis of selected ultraluminous X-ray sources
Yazar: SİNAN ALLAK
Danışman: PROF. DR. FARUK SOYDUGAN ; PROF. DR. AYSUN AKYÜZ
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Astronomi ve Uzay Bilimleri = Astronomy and Space Sciences
Dizin: Astrofizik = Astrophysics ; Astronomi = Astronomy ; Işık kaynakları = Light sources ; X ışını = X ray

Özet:
Aşırı parlak X-ışın kaynakları (ULX), yıldız kütleli (〖10 M〗_☉) bir karadelik için Eddington sınırını aşan X-ışın ışıtmasına (L_X ≥10^39 erg s^(-1))  sahip ve barınak gökadanın merkezinde bulunmayan nokta benzeri kaynaklardır. Bu çalışmada, gökada NGC 1316'da ULX X-7 ve M51'de geçici ULX-4 kaynaklarının X-ışın tayfsal, zamansal ve optik özellikleri Chandra, XMM-Newton, Swift ve HST arşiv verileri kullanılarak kapsamlı bir şekilde araştırıldı. Bir X-ışın kaynağı olan X-7'nin, ilk defa bu çalışmada 2019 Chandra gözlemleri kullanılarak bir ULX olduğu belirlendi. İncelenen diğer kaynak ULX-4'ün, 20 yıllık dönemde X-ışın akısı ise ~200 kat değişkenlik göstermiştir. Kaynağın bu uzun dönemde belirlenen çift modlu X-ışın akı dağılımı, pulsar içeren ULX'lerde gözlenene benzerlik göstermiştir.
İncelediğimiz ULX'ler için potansiyel optik karşılıkları aramak ve tanımlamak için Chandra ve HST gözlemlerine dayalı astrometri hesaplamaları sonucu %95 güvenirlikle astrometrik hata yarıçapı X-7 ve ULX-4 için sırasıyla 0,22" ve 0,20" olarak hesaplanmıştır. Bunlara göre belirlenen alanlarda ise, X-7 için tek ve ULX-4 için ise iki optik karşılık tespit edilmiştir. HST'nin farklı dalgaboylarında yapılan gözlemleriyle oluşturulan tayfsal enerji dağılımları (SED) kaynakların optik ışıma mekanizmaları hakkında önemli bulgular sunmuştur. X-7'nin optik karşılığına ait SED'i güç-yasasına (power-law) uyarken ULX-4'ün iki olası optik karşılığı da karacisim (blackbody) modeline iyi uyum göstermiştir. Ayrıca, ULX-4'ün bir optik karşılığında 264 günlük periyodik optik değişkenlik belirlenmiştir. Bu değişkenliğin nedeni olarak tıkız (compact) nesnenin doğası için iki önemli senaryo sunulmuştur. Bu senaryolar, donörün yörünge hareketi ve tıkız nesnenin bir yığılma diski ile olası etkileşimleri üzerinden yorumlanmıştır.

Abstract:
Ultraluminous X-ray Sources (ULX) are point-like sources in external galaxies with an X-ray luminosity (L_X ≥10^39 erg s^(-1)) exceeding the Eddington limit for a stellar-mass black hole. In this study, X-ray spectral, temporal and optical properties of transient M51 ULX-4 and NGC 1672 ULX X-7 extensively investigated using archival Chandra, XMM-Newton, Swift and HST. In this study, for the first time X-7 was determined as ULX source using 2019 Chandra observations. Another important part of this study is ULX-4 which showed highly long-term X-ray flux variability (factor of ~200) over the 20-year. In this long-term, ULX-4 showed bi-modal X-ray flux distributions the same most pulsar ULXs.
In this study focused on using the precise source positions obtained via improved astrometry based on Chandra and HST observations to search for and identify potential optical counterparts for ULXs. The astrometric error radius was calculated as 0,22" and 0,20" for X-7 and ULX-4, with 95% confidence, respectively. Within this error, one and two optical counterparts were determined for X-7 and ULX-4, respectively. The spectral energy distributions (SED) generated by the different wavelengths of the HST data provided important clues about the nature of optical emission. The SED of the optical counterpart of the X-7 well-fitted with power-law, while the two counterparts of the ULX-4 conformed to the blackbody model. One of ULX-4 counterparts exhibited a low-amplitude optical periodicity of 264 days. For this periodicity, two important scenarios are presented the nature of the compact object. These scenarios have been interpreted in terms of the orbital motion of the donor and possible interactions of the compact object with an accretion disk.