The INTEGRAL Galactic sky
and
The transient γ-ray sources
7th AGILE Workshop Æ 7th INTEGRAL year
...and
and 7th year crisis? Æ actually not,
not
..a new science prospect is emerging...per se
and also due to SWIFT
SWIFT, AGILE and FERMI
synergy
OUTLINE:
• INTEGRAL and its capabilty
• The
Th IBIS Galactic
G l ti Sk
Sky
• The MeV-GeV connection
P. Ubertini, on behalf of the IBIS Survey Team
Impossibile v isualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riav v iare il
computer e aprire di nuov o il file. Se v iene v isualizzata di nuov o la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagin e e inserirla di nuov o.
Pietro Ubertini, 7th AGILE Workshop, Roma,September 30
2009 Page 1
INTEGRAL
N EG L overview
o r w
Ì IBIS and SPI are the main
instruments
ƒ IBIS optimised for imaging
(17keV-10MeV)
ƒ SPI optimised
ti i d for
f spectra
t
(20keV-8MeV)
IBIS
SPI
Credit: ESA
Ì IBIS is th
the prim
primary
r survey
surv
instrument
ƒ Wide FOV (30x30 degrees)
ƒ ISGRI detector mainly operates
17-600 keV
ƒ Sensitivity
y <0.5mCrab for deep
p
exposures
Ì JEM-X and OMC are the Monitors
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IBIS: hunting new γ-ray sources …
and,
and now monitoring weak old known
Ì Takes advantage of the large FOV (~1000sq deg) for multiple
source detection also in complex region (Galaxy Centre etc)
Ì Unbiased search of the IBIS datasets: 6+ years of operations
Ì Looking for weak persistent sources only visible on long
timescales: spans a duration of > 1600 daysÆ100Ms (with no
timescales
basic systematic errors!.. i.e. 4.5σ limit averall)
Ì Looking for transient sources on various timescales (s to y)
Ì Follow-up of new sources in other waveband (25-30% are
unidentified)
id
ifi d)
Ì Overall analysis
n y
of
f all the sources:
u
Spectra,
p
, timing,
m ng, states
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What we get now…
What we promised in ‘93…
17-30, 30-60, 40-100 colours but also 100-300
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The soft gammagamma-ray sky according to IBIS…
About 700 sources in the IBIS Sky,
complementary to the BAT Sky
18-60 keV band
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Source p
populations
p
form IBIS up
p to 100 keV
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The source populations above 100 keV is different!
the IBIS Sky
y is populated
p p
with about 90
sources..continously
sources..
continously increasing
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EMERGING POPULATION
INTEGRAL/IBIS light curve
At the
IBIS sensitivity (<0.1
(<0 1 mCrab in the plane)
and energy band (17-1000 keV) the HMXBs is
to be the emerging GALACTIC population
a few
f
LMXBs
LMXB are discovered
di
d every year, most in
i
the bulge Æ difficult to be identified unless for
th presence of
the
f timing
ti i signatures…..
i
t
S
See recentt
example such as the millisec pulsar
Remind me the yesterday Dave
IGRJ 17511-3057
talk on MW observations
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The INTEGRAL/SPI sky in 4 years
(Petry
y et al., 2009)
Analysis of the first 4 years of
INTEGRAL Data using a
maximum-likelihood
maximum
likelihood fit technique
has been performed. Spectra
have been extracted in the
0.025-1.0 MeV band for SPI
and
n 25-600
6
keV
V f
for IBIS IBIS
Plot shows position of the source
from SPI input catalogue in 3
different
ff
energy
gy bands.
Thick black square indicate the
20 Brightest sources
investigated via time-averaged
Spectra.
p
Enlarged plot shows the Galactic
Centre region.
The 20 sources clearly
y
detected up to 200 keV include
14 XRBs, 2 PWNs and 4 AGNs
8 sources are detected 200
keV,, Crab and Cyg
yg X-1 above
600 keV
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3 example of source reported by Petry et al., 2009 as
from
f
m SPI and IBIS average
g data on 4 y
years::
years
2 PSR/PWN and a µqso selected from AGILE sources
list (Pittori et al., 2009)
CRAB
VELA
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Cyg X-3
UNUN
-EXEPECTED INTEGRAL RESULTS
1) Anomalous X-Ray Pulsars
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NSs in HMXBs: Examples of important
unexpected INTEGRAL discoveries
and
d possible
l association with
h Gamma ray source
1. the highly absorbed (mostly transient) binary systems as
a new class of HMXB: slow pulsar (100-1000s
(100 1000s period) in
a giant cocoon (Nh often >23)
2. the Super-giant Fast X-ray Transients: a new (sub)
class of super-giant HMXB (wind accretion in blobs?)
IGR J174544-2619
2 hr flare
IGR J16318-4848
XMM
INTEGRAL/IBIS
R. Walter et al
al., A&A 411
411, L427
L427, 2003
V. Sguera et al., ApJ 646, 453 2006
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AX J1841.0-0536 (from Sguera et al.,2009)
• SFXT hosting
h stin a 4.7
4 7 s NS as c
compact
mpact object
bject
S
Sguera
ett al.
l 2009
most of the time in quiescence
Lx~1034 erg s-11
occasionally
y fast soft γγ-ray
y
flares
Lx~1037 erg s-1
Lasting from a few hours to a
few days
Based on spatial proximity and similar flaring behaviour Sguera et al., 2009,
proposed the SFXT AX J1841.0-0536 as best candidate counterpart of
3EG J1837-0423,
J1837 0423 to d
date.
Also, the 2 SFXTs IGR J20188+3647 and IGR J11215-5952 could be
yg
and to EGRET EGR 1122-5946,
associated to AGILE transient in Cygnus
respectively.
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INTEGRAL-SWIFT Sinergy
INTEGRALSinergy:: monitoring of SFXTs and
search for new ones
onesthe long
g term p
properties
p
& the q
quiescent
level
2005Aug 30
Sidoli et al. 2008
2007 Feb 09
Comparison
p
of 5 SFXTs
light curves during
bright flares
Romano et al. 2007
2008 Apr 08
Sidoli et al. 2009a
8d
days off monitoring
it i
with Swift/XRT
2008 Mar 31
Sidoli et al. 2009a
Common features:
-outburst length > hours
2008 Jul 05
Romano et al. 2009a
-multiple peaked structure
-dynamic range ~ 1000
2008 Aug 13
Sidoli et al. 2009b
From Sidoli, X-ray Astronomy 2009,
Bologna, 7-11 September 2009
Sidoli et al. 2008b, 2009b
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, , Page 14
The periodic IGRJ11215-5952, a text book example:
one outburst every 165 days Swift observations
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Page 15
Unidentified (very) high energy sources:
a promise for the (INTEGRAL) future!
Ì INTEGRAL deep sky maps are (and will
remain)
i ) robust
b t and
d unique
i
t allow
to
ll
detection of yet un-identified very
high energy sources fm COS-B,
EGRET, AGILE, HESS, GLAST …
ƒ
ƒ
ƒ
Persistent = normal pulsars and ms
radio pulsars
Variable = micro
micro-quasar/pulsar
quasar/pulsar binaries
Extragalactic sources (variability
studies: gain ~ time, not sqrt(time) )
Hermsen et al., 2006
QSO 0241 +622
Ì Need typically 10 Ms on plane for weak
sources…
3EG J0229+6151
LSI +61 303
) Recent example is LSI +61
61 303 the
Microquasar MeV-GeV-TeV old
EGRET/ COS-B source seen by
INTEGRAL and now at higher energy
very variable!!
3EG J0241+6103
Egret contours
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MicroQSOs: time resolved spectarl observation
L I +61
LSI
61 303 a B
Be iin a HMXB
20 – 95 keV images
m g form
f m IBIS:
“OFF” (phase 0.8 – 1.3)
“ON” (phase 0.3 – 0.8)
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LSI +61 303,
“ON” (phase 0.3 – 0.8)
45 – 95 keV
45 – 205 keV
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HE and VHE results: still non trivial
MAGIC (Albert et al.,2006&
al 2006& 2009) reported
the system shows regular outburst at
TeV energies in phase Φ = 0.6-0.7
NO signal
g
at p
periastron (Φ ~ 0.275).
NO indication of spectral variabilty
along the orbit of the compact object
NO flux variability on timescale down to 30
min
VERITAS confirms this result (Cacciari et
al., 2008)
AGILE: From Pittori et al., (2009) source
flux consistent with EGRET
FERMI: observations covering ~ 8 months
period (Abdo et al.,
al 2009)
2009), indicate that
variability is consistent with the binary
period, i.e. modulation at 26.6±0.5 d
reported for the first time above 20 MeV.
The light curve shows a broad peak after
periastron as well as a smaller peak just
before apastron.
NO significant spectral change with orbital
phase
MAGIC
MAGIC
FERMI/LAT
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The IBIS/AGILE connection April ‘09
MKN 421
PSR J1826-1334
LSI +61303
Cyg X-3
PSR J1509-5850
PSR J1420-6048
3C273 & 3C279
Eta Car
V l PSR
Vela
Crab
3C 454.3
From Pittori et al.2009
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2009 Page 20
The Cyg X-3 case
Strong soft
St
ft gamma emitter
itt
IBIS error box is 0.2 arcmin
(1000 σ),
σ) AGILE 0.4
0 4 deg
deg,
distance 4,7 arcmin.. Gamma ray
position need to be refined Æ no
p
other IBIS counterpart within
error box…time signature essential
Cyg X-3
Average spectra fit 2 power law,
law
one with exp cut-off
From Pittori et al.2009
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2009 Page 21
AGL J2032+4102 ?=CYG X
X-3
Transition f
from the ultraultra-soft
f to the Hard state observed
with INTEGRAL
The ultrasoft state
apparently precedes the
emission of a jet, which is
apparent in the radio and
hard X-ray
X ray domain ->
> one
more case of disk-jet
coupling! -> Gamma-rays??
Beckman et al, 2007 A&A
During the ultrasoft state, the soft X-ray spectrum is
well-described by an absorbed (NH = 1.5 × 1022 cm−2)
black
l k body model,
l whereas
h
the
h X-ray spectrum above 20
keV appears to be extremely low and hard (Ѓ ؄ 1.7).
During the transition, the radio flux rises to a level of > 1
Jy, and the soft X-ray emission drops by a factor of ‫ ׽‬3,
while
h l the
h hard
h d X-ray emission rises by
b a factor
f
of
f ~14
14 and
d
becomes steeper (up to Ѓ ~ = 4).
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2009 Page 22
INTEGRAL and SWIFT: counterparts and surveys
ª Continue strong
g and excellent collaboration on observations of GRB, SGR,
AGN and followfollow-up observations of new IGR/SWIFT sources.
ª Swift and INTEGRAL have complementary capabilities
Ì INTEGRAL
• concentrates
t t on galactic
l ti plane
l
• broad gamma-ray energy coverage
• fine spectroscopy
• deep hard X-ray observations within selected
regions
Ì Swift
• all-sky
all sky coverage with high duty cycle
• sensitive UV/optical and X-ray telescopes
• rapid
p response
p
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Pietro Ubertini, Frascati Workshop 2009 , May 25-30,
Page 23
IBIS/INTEGRAL Vs BAT/SWIFT
Cross-correlation of new BAT/SWIFT AGNs ((148)) versus
IBIS/INTEGRAL CAT 3 AGNs (154):60 sources
new IBIS data indicates ~ 200 AGNs
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Pietro Ubertini, Frascati Workshop 2009 , May 25-30,
Page 24
INTEGRAL/IBIS versus FERMI/LAT
205 significant sources detected above 100 MeV
For 16 of the LAT sources there is an
IBIS detection (+200 Uupper limit).
These are:
10 AGN,
2 HMXB, MicroQsos
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2 PWN/PSR, 1 SNR/PWN?
2 Unidentified, 1 possible Eta Carinae
Pietro Ubertini, 7th AGILE Workshop, Roma,September 30
2009 Page 25
Ì Thanks….
» MORE to Come!!!!
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2009 Page 26