Outflows in Black Hole X-ray binaries

Gli outflows rappresentano tra i fenomeni più importanti e complessi che modellano sia l’evoluzione sia l’aspetto osservativo delle binarie X a buco nero (BH XRBs). In questi sistemi, l’accrescimento su un oggetto compatto è spesso accompagnato da potenti processi di perdita di massa sotto forma di venti di disco e getti relativistici, la cui presenza e le cui proprietà dipendono fortemente dallo stato di accrescimento. Comprendere l’origine fisica di questi outflows e la loro connessione con il flusso di accrescimento è quindi essenziale per costruire un quadro coerente dell’accoppiamento accrescimento–espulsione nelle XRBs. Questa tesi è dedicata allo studio degli outflows nelle BH XRBs attraverso un approccio multiplo che combina osservazioni multi-banda con modellizzazione fisicamente motivata. L’obiettivo principale è vincolare la geometria, le condizioni fisiche e la variabilità di venti e getti compatti, e valutarne l’impatto sull’emissione osservata nei diversi stati spettrali.Il primo progetto descritto nella tesi si concentra sullo studio dei venti freddi di disco attraverso spettroscopia ottica ad alta risoluzione della BH XRB MAXI~J1305--704. Sebbene non sia stato possibile identificare in modo inequivocabile firme di vento nella banda ottica, l’analisi ha rivelato caratteristiche in assorbimento ed emissione le cui proprietà sono compatibili con un ambiente complesso e variabile. Nella seconda parte del progetto mostro come un nuovo approccio, che utilizza modelli sviluppati per i dati X in applicazione a spettri ottici, possa fornire vincoli sull’inclinazione del sistema.Il secondo progetto è dedicato all’analisi di uno stato spettrale oscurato nella BH XRB altamente variabile GRS~1915+105. Attraverso spettroscopia X a larga banda, studio gli effetti dell’assorbimento e della diffusione sull’emissione osservata ed esploro l’origine fisica del materiale oscurante. I risultati favoriscono un’interpretazione in cui il mezzo oscurante è spiegato al meglio da un disco di accrescimento deformato (warped), piuttosto che da un assorbitore uniforme o da una struttura puramente guidata da un vento, in accordo con le aspettative teoriche e osservative per sistemi che accrescono ad alta luminosità.Il terzo progetto indaga i getti compatti, la forma più persistente di outflow nelle BH XRBs durante gli stati hard intermediate. Modello la distribuzione spettrale di energia (SED) a larga banda della BH XRB MAXI~J1535--571 utilizzando una versione aggiornata di un codice a shock interni, che collega la variabilità osservata nei raggi X alla dissipazione di energia cinetica lungo il getto. Esplorando diverse geometrie del getto, questo lavoro mostra che una geometria parabolica fornisce la descrizione migliore dell’emissione a larga banda di MAXI~J1535--571. Viene inoltre investigato il possibile contributo del getto all’emissione nei gamma soffici. Sebbene un’origine legata al getto non possa essere formalmente esclusa sulla sola base della modellizzazione spettrale, le condizioni fisiche richieste risultano estreme, favorendo invece un’origine da Comptonizzazione non termica nella corona per la componente ad alta energia.