CONSTRAINING THE EQUATION OF STATE OF SUPRANUCLEAR DENSITY MATTER FROM THE X-RAY BURSTS OF NEUTRON STARS
Contraindre l'équation d'état de la matière à densité supranucléaire à partir des sursauts X des étoiles à neutrons
Résumé
I report in this thesis a detailed study of the periodic oscillations detected during neutron star X-ray bursts, in low mass X-ray binaries. The properties of the interiors of neutron stars can be probed by constraining the equation of state, by determining their masses and radii. I present methods to detect and process these oscillating trains, their time properties and energy dependence. Using data from three bursting neutrons stars observed with the Rossi X-ray Timing Explorer/Proportional Counter Array, I analyzed all the detected oscillations during type 1 X-ray bursts and one superburst.I then selected the time intervals of the light curves with the most significant oscillation detection, in order to build a catalog of mean pulse profiles. Oscillation waveforms usually differ from one burst to another, because many parameters can affect them. I then elaborated a model of a rotating hotspot on the rapidly spinning surface of the neutron star. It includes the whole star, spot and geometry parameters affecting the shape of the oscillations, in an adequate relativistic pattern describing the altered space-time around the compact object. The energy dependence of the oscillation profiles confirmed that harder profiles arrive on average before softer ones for a sample of observations, as expected from the hotspot model. Finally, I fitted the waveforms and used the Monte Carlo Markov chains to derive measurements on the mass and the radius of the star. The uncertainties were too large to provide interesting constraints with current instrument capabilities, but by simulating larger collecting area, as proposed for future observatories, showed very promising results.
Cette thèse est consacrée à l'étude des oscillations périodiques détectées lors des sursauts X des étoiles à neutrons, dans des binaires X de faible masse. Ces oscillations offrent un moyen de sonder l'intérieur de ces objets, en mesurant notamment leur masse et leur rayon, pour ainsi contraindre l'équation d'état de la matière dense. J'ai développé des méthodes de détection et d'analyse de ces signaux, de leurs propriétés temporelles et leur dépendance en énergie. J'ai analysé les oscillations détectées dans tous les sursauts X de type 1 (ainsi qu'un super-sursaut) de 3 étoiles à neutrons observées avec l'instrument Rossi X-ray Timing Explorer/Proportional Counter Array . Sur les courbes de lumière des sursauts, j'ai sélectionné les segments donnant la meilleure signification statistique, pour construire un catalogue de profils moyens d'oscillations. La forme des profils varie grandement d'un sursaut à un autre, pour une même source. Un grand nombre de paramètres peuvent affecter les oscillations. J'ai élaboré un modèle de tache chaude à la surface de l'étoile en rotation rapide pour caractériser l'émission du sursaut X, dans un espace-temps relativiste. En utilisant les chaînes de Markov Monte Carlo pour explorer efficacement un espace des paramètres conséquent, les ajustements sur un échantillon de sursauts ont démontré l'applicabilité du modèle. Par contre, les contraintes obtenues sur la masse et le rayon de l'étoile sont limitées par la qualité des données de l'instrument utilisé. Enfin, des simulations révèlent que des mesures précises sur les paramètres sont possibles en augmentant la surface collectrice des détecteurs, comme le proposent les observatoires X du futur.