Les binaires X sont étoiles binaires composées d’un objet compact (un trou noir, une étoile à neutrons ou une naine blanche) accumulant la matière d’une étoile partenaire à travers le processus d’accrétion. On peut considérer ces sources comme de parfaits laboratoires astrophysiques pour tester notre compréhension des processus physiques à l’œuvre au voisinage d’un objet compact. L’accrétion joue un rôle essentiel pour la caractérisation des ces sources, mais elle n’est pas toujours entièrement efficace. En fait, dans de nombreux systèmes on observe aussi des éjections de matière. De plus, l’éjection de matière pourrait expliquer la forte expansion orbitale observée dans un certain nombre de ces systèmes. Accrétion et éjection semblent être en quelque sorte interconnectées mais la nature de cette liaison n’est pas claire. L’objectif de cette thèse est l’étude d’un nombre de cas où l’accrétion est « imparfaite » et où la prise en compte des pertes de masse est nécessaire à la modéliser les propriétés physiques des binaires X. Dans le premier projet, je me suis concentré sur l’étude spectrale du flot d’accrétion dans la binaire X de faible masse avec une étoile à neutrons (NS LMXB) 1RXS J180408.9-342058. J’ai effectué une analyse spectrale utilisant des données recueillies par les télescopes à rayons X INTEGRAL, Swift et NuSTAR. L’étude a permis d’obtenir des résultats intéressants, en particulier l’observation d’un état spectral « intermédiaire », particulièrement difficile à observer dans les NS LMXBs car très éphémère, et de nouvelles contraintes sur la nature de l’étoile compagne. Le deuxième projet présente une étude systématique de presque toutes les sources appartenant à la classe des « Accreting Millisecond X-ray Pulsars » (AMXPs), i.e. des NS LMXBs où l’étoile primaire est un pulsar X avec une période de rotation de l’ordre de la milliseconde. L’objectif était de chercher des indications de transfert de masse non-conservatif dans ces sources. À partir de la comparaison entre la luminosité X moyenne observée au cours des vingt dernières années et la luminosité prévue par la théorie dans le cas conservatif, j’ai trouvé que presque la moitié des sources analysées montre des signes d’éjection de matière. Le projet suivant est plutôt focalisé sur l’étude des jets, la forme la plus connue des éjections de masse dans les binaires X. Les jets sont caractérisés par des spectres plats entre les fréquences radio et l’infra-rouge, modélisées dans la dernière décade avec le modèle des chocs internes ISHEM. L’idée à la base du modèle est d’utiliser la variabilité observée dans les courbes de lumière X comme traceur des fluctuations du factor de Lorentz du jet. J’ai utilisé le même modèle sur un ensemble de données allant de la radio aux rayons X relatifs à une binaire X à étoile à neutrons, i.e. la LMXB 4U 0614+091. Le modèle décrit de manière satisfaisante les données seulement dans deux cas: soit en utilisant la variabilité X comme traceur des variations de vitesse du jet mais en supposant une géométrie non-conique, soit avec une géométrie conique mais en utilisant un bruit de scintillation pour décrire les fluctuations de vitesse du jet. Avec le projet final de ma thèse, j’ai essayé d’appliquer le modèle JED-SAD, unifiant accrétion et éjection, à la source à trou noir MAXI J1820+070. Selon ce modèle, le flot d’accrétion dans les binaires est composés des deux disques : un disque externe optiquement épais (SAD) et un disque interne optiquement fin d’où est lancé le jet (JED). Le modèle prédit non seulement les spectres X du le flot d’accrétion mais également la puissance émise aux fréquences radio par le jet. Les résultats préliminaires des ajustements spectraux indiquent que le modèle reproduit bien les observations X. De plus, l’étude révèle la nécessité de considérer deux composantes de réflexion distinctes pour bien reproduire les observations. L’origine de cette double réflexion sera objet de futures investigations. |
X-ray binaries are binary stars composed of a compact object (a black hole, a neutron star or a white dwarf) accreting matter from a companion star. These sources can be considered perfect astrophysical laboratories to test our knowledge of, e.g., General Relativity and Magneto-Hydrodynamics. Accretion is the key phenomenon characterizing these systems, but it is not always completely efficient. In many systems, ejections of matter are also observed, e.g. in the form of jets and winds, or also suggested, e.g. to explain the observed strong orbital expansion of a number of systems. Furthermore accretion and ejection seems to be somehow interconnected but the nature of this correlation is not completely clear. The purpose of this thesis is the study of a number of cases where the accretion is imperfect and mass losses have to be taken into account to correctly model the physical properties of the binaries. In the first of the featured projects, I focus on the spectral study of the accretion flow in the Neutron Star (NS) Low Mass X-ray Binary (LMXB) 1RXS J180408.9-342058, an intriguing system which in the past exhibited “very faint” phases of activity. I performed a spectral analysis of data collected by different X-ray telescopes, i.e. INTEGRAL, Swift and NuSTAR, The study led to several interesting results, in particular the observation of the intermediate spectral state, hard to catch in NS LMXBs because very short-lived, and new constraints on the nature of the companion star, which exclude the hypothesis of a helium dwarf companion as suggested in the past. The second project presents a systematic study of (almost) all known Accreting Millisecond X-ray Pulsars (AMXPs), i.e. LMXBs hosting an X-ray pulsar spinning at millisecond periods, with the aim of looking for indications of non-conservative mass-transfer in this class. Comparing this observed luminosity averaged over twenty years with the one expected from the theory in a conservative scenario, I found that over a sample of 19 sources, around one half of it shows indications for mass losses. The third project in this thesis is dedicated to jets, the most known form of mass ejection in X-ray binaries. Jets are characterized by flat radio-to-mid-IR spectra, which have been modelled in the last few decades using the Internal Shocks model ISHEM. The basic idea of this model consists in using the observed X-ray variability as a proxy for the fluctuations of the Lorentz factor in the ejected shells along the jet. I applied the model on the multi-wavelength data set of the NS LMXB 4U 0614+091. I found that ISHEM describes satisfactorily the data only in two cases: using the X-ray variability but in non-conical geometry or either in conical geometry but using flicker noise instead of the X-ray variability. The final project of my thesis aims at testing a unified accretion-ejection model to the BH LMXB MAXI J1820+070. The model considers the accretion flow in X-ray binaries as two-fold, comprising a truncated geometrically thin disk far from the BH and a so-called jet emitting disk serving as the base of the jet close to the BH. Interestingly, the model allows not only to describe the X-rays data, but also to predict the radio power emitted by the jet. In order to test the model I used X-rays data from Swift and NuSTAR. The preliminary results of the spectral fitting suggest that the model is indeed effective in describing the observed X-ray spectra. Furthermore the analysis reveals the need for describing the reflection spectrum with two reflection components instead of one: the origin of such intriguing component, if confirmed, will be object of future investigations. |