Étude spectro-temporelle en rayons X du pulsar GX 301–2 : dynamique du spin et accrétion dans un système binaire de forte masse

Les systèmes binaires X sont constitués d’un objet compact, étoile à neutrons ou trou noir, en interaction avec une étoile compagnon. Sous l’effet du fort potentiel gravitationnel de l’objet compact, une partie de la matière de l’étoile compagnon est accrétée par l’objet compact. Cette matière forme un disque d’accrétion qui, en se réchauffant par friction, émet un rayonnement intense dans le domaine des rayons X. 

GX 301–2 est un système binaire X de forte masse composé d’un pulsar en orbite autour d’une étoile hypergéante bleue d’environ 40 masses solaires. Sa période orbitale, d’environ 40 jours, s’accompagne de fortes variations du flux X liées aux changements de densité du vent stellaire traversé par l’étoile à neutrons. Lors du passage au périastre, l’accrétion s’intensifie fortement, entraînant une hausse marquée du flux X. Le pulsar présente une période de rotation de 680 s, l’une des plus lentes observées, et montre une évolution complexe de son spin avec plusieurs épisodes de “spin-up” depuis 2008. Certains travaux suggèrent même une rotation rétrograde du pulsar par rapport à l’orbite, une hypothèse encore débattue. 

L’objectif de ce stage est d’étudier en détail l’évolution du spin et des processus d’accrétion dans le système GX 301–2 à partir des observations récentes obtenues avec les instruments embarqués sur les missions SVOM et Einstein Probe. Le travail consistera à mesurer l’évolution de la fréquence de rotation du pulsar depuis le lancement de ces missions, afin de rechercher d’éventuels nouveaux épisodes de spin-up et de comparer cette évolution à celle observée lors de précédentes campagnes afin de mieux comprendre l’origine physique de cette évolution. 

Une analyse spectrale complète sera également menée pour suivre l’évolution du flot d’accrétion selon la phase orbitale (périastre, apoastre et phases intermédiaires). Elle permettra d’étudier la variabilité du flux X, de l’absorption et des raies de fluorescence du fer, apportant des contraintes sur la structure et la dynamique du vent stellaire. L’étude des raies cyclotron fournira en outre des informations sur le champ magnétique et les conditions physiques dans la région d’accrétion. 

Ce projet de stage s’appuie sur des données inédites et présente ainsi un fort potentiel de valorisation scientifique, pouvant mener à une publication. Il s’inscrit dans les activités du groupe de travail Observatory Science du consortium SVOM, dont l’équipe de l’APC assure la co-responsabilité.