We present a systematic study of periodic X-ray sources in the massive globular cluster 47 Tuc, utilizing deep archival Chandra observations that resolve the cluster core and recently available eROSITA observations that cover the cluster outskirt. By applying the Gregory-Loredo algorithm, we detect 20 periodic signals among 18 X-ray sources, ranging between 205-95731 second. Fourteen periods are newly discovered in the X-ray band. We classify these periodic sources into four quiescent low-mass X-ray binaries, one milli-second pulsar, two coronally-active binaries and eleven cataclysmic variables (CVs), based on their X-ray temporal and spectral properties, as well as multi-band information. Despite a small sample subject to potential selection bias against faint and non-magnetic CVs, the 11 CVs together define an orbital period distribution significantly different from that of the CVs previously found in the solar neighborhood and the Galactic bulge. In particular, there exists in 47 Tuc an apparent paucity of short-period CVs below the period gap, which might be attributed to a high occupation fraction of non-magnetic CVs. Also characteristic of the 47 Tuc CVs are an overabundance of long-period CVs with a subgiant donor, a substantial fraction of CVs within the period gap, and a steep radial surface density profile. These are best understood as a group of CVs having recently formed via dynamical interactions in the dense cluster core. Despite sufficient sensitivity of the X-ray data, only one periodic source is found between one-third of the half-light radius and the tidal radius, the nature of which is unclear.
PSR J0024$-$7204ai: a massive, eccentric binary system in the globular cluster 47 Tucanae
Max-Planck-Institut für Radioastronomie(马克斯·普朗克射电天文研究所);Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn(波恩大学);Fakultät für Physik, Universität Bielefeld(比勒费尔德大学物理学院);Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Bologna(博洛尼亚大学物理与天文学系);INAF, Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna(意大利国家天体物理研究所博洛尼亚空间科学与天体物理观测站);National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家天文台);Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology(斯威本科技大学天体物理学与超级计算中心);INAF – Osservatorio Astronomico di Cagliari(意大利国家天体物理研究所卡利亚里天文台);South African Radio Astronomy Observatory(南非射电天文观测站)
Internal gas models and central black hole in 47 Tucanae using millisecond pulsars
尽管考虑到恒星演化的质量损失,但球状星团中的气体含量似乎很低,因此其测量非常难以捉摸。限制球状星团中电离气体存在的一种方法是通过它对星团中毫秒级恒星辐射的色散效应。这一效应使弗莱雷等人在2001年首次在球状星团中探测到任何种类的气体,即土卡星团47。通过利用额外12年的计时结果,以及对47个Tuccenda中新的毫秒双星的观测,我们重新审视了这一测量:我们首先使用了整套可用的计时参数,以测量星团的动力学特性和双星的三维位置。然后,我们应用并测试了各种气体分布模型:假设气体密度恒定,我们确认检测到数密度为$n= 0.23\pm 0.05$ cm $^{-3}$的电离气体,大于先前的测定值(在2 $σ$不确定度下)。预测密度降低或遵循恒星分布密度的模型非常不受欢迎。我们还能够调查存在的中间质量黑洞在集群的中心,显示这是不需要的现有数据,与上限的质量在$\sim 4000$ M $_{\odot}$。
Max-Planck-Institut für Radioastronomie(马克斯·普朗克射电天文研究所);Fakultät für Physik, Universität Bielefeld(比勒费尔德大学物理学院);Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn(波恩大学);South African Radio Astronomy Observatory(南非射电天文观测站);INAF – Osservatorio Astronomico di Cagliari(意大利国家天体物理研究所卡利亚里天文台)
Chandra studies of the globular cluster 47 Tucanae: A deeper X-ray source catalogue, five new X-ray counterparts to millisecond radio pulsars, and new constraints to r-mode instability window
Properties of Cataclysmic Variables in Globular Clusters
星团的研究在我们对宇宙的理解中起着重要的作用,因为这些系统是测试恒星动力学和演化理论的天然实验室。特别是,球状星团(GCs)是研究奇异系统的形成和物理性质的最重要的对象之一,这反过来又提供了基本的信息和工具,可以帮助我们了解星团本身,星系和一般的年轻宇宙的形成和演化过程。GC中最有趣的天体是激变变星(CV),它们是相互作用的双星,其中包含一颗从低质量伴星吸积而来的白矮星。由于GC密度足够高,涉及双星的动力学遭遇应该是常见的,CV祖先预计会在早期阶段以某种方式受到动力学的影响。本文综述了GC中CV的形成途径以及动力学对CV群体的影响。特别是,我们回顾了最近的进展,数值模拟。此外,我们还讨论了GC中CV的观测特性以及用于识别和研究它们的技术。我们集中讨论的多波长观测进行了与HST和钱德拉上研究最好的GC NGC 6397,NGC 6752,47 Tuccenda和欧米茄半人马座;最近的光谱研究结果与MUSE,并更新有关的数量之间的相关性微弱的X射线源和集群恒星相遇率。最后,我们讨论了一些可能有助于未来研究的观测前景。
Intermediate mass black holes in globular clusters: effects on jerks and jounces of millisecond pulsars
球状星团的中心可能有中等质量的黑洞。在这里,我们提出了一种新的方法,他们的识别使用毫秒脉冲(MSP)作为探针。我们表明,测量的第一(挺举)和第二(颠簸)衍生物的合奏的MSP的加速度将让我们推断的IMBH的存在下,在一个球状星团比测量的唯一加速度。我们通过模拟一组有和没有中央IMBH的星团来测试这一概念,以提取恒星颠簸和颠簸的分布。然后,我们将这种技术应用于银河系球状星团47 Tuccino的MSP系综。目前的时间观测不足以限制IMBH的存在,只能用来确定其质量的上限。但是,通过几年的观测,将有可能测试质量小于$\sim$ 1000 M $_{\odot}$的中央IMBH的存在。我们的结论是,颠簸和颠簸有助于显着降低银河系球状星团的IMBHs的质量上限。