Demographics of X-ray binaries populations in nearby galaxies and connection with the stellar populations and intrinsic properties of their host galaxy

Abstract

In this thesis, we study the population of discrete X-ray sources in nearby galaxies and in particular, close binary systems emitting in X-rays (X-ray Binaries – XRBs).It consists of two parts, the first of which studies the distribution of XRBs with a massive stellar companion (HMXBs) in the closest to the Milky Way edge-on galaxy NGC 55, in correlation with the regions of star formation within the galaxy. The result is the estimation of the center of mass transverse velocity of HMXBs as they are displaced from their birth place. Such estimation is the first for a galaxy located outside the Local Group.The second part studies the population of XRBs in a large sample of nearby galaxies, included in the catalogue of observations from the Chandra space observatory. The sample is comprised of 10.099 X-ray sources in 319 nearby galaxies of all morphological types and intrinsic properties such as metallicity, star formation rate and stellar mass. We construct the X-ray Luminosity function (XLF) of XRBs, and using power-law models we estimate the emerging scaling relations with the intrinsic properties of the host galaxies.This is the most complete study of populations of XRBs in the literature, containing the largest sample of X-ray sources and galaxies. The results presented in the thesis, also affect the binary population synthesis models in constraining the parameter space of the physical processes involved in the evolution of XRBs.

Στη διατριβή αυτή μελετώνται οι πηγές εκπομπής ακτίνων-Χ σε κοντινούς γαλαξίες και ειδικότερα σε κοντινά διπλά συστήματα εκπομπής ακτίνων-Χ (X-ray binaries – XRBs).Αποτελείται από δυο μέρη, το πρώτο από τα οποία αναφέρεται στη μελέτη της κατανομής των XRBs με συνοδό μεγάλης μάζας (HMXBs) στο γαλαξία NGC 55 σε σχέση με τη κατανομή των περιοχών αστρογέννεσης του γαλαξία. Η μελέτη αυτή οδήγησε στην εκτίμηση της μέσης ταχύτητας απομάκρυνσης των συστημάτων αυτών από τις περιοχές δημιουργίας τους. Αυτή είναι η πρώτη τέτοια εκτίμηση σε γαλαξία εκτός της τοπικής ομάδας γαλαξιών.Το δεύτερο μέρος της διατριβής αφορά τη συστηματική μελέτη των πληθυσμών διπλών συστημάτων εκπομπής ακτίνων-Χ σε ένα μεγάλο δείγμα κοντινών γαλαξιών με βάση τον κατάλογο πηγών ακτίνων-Χ από το διαστημικό παρατηρητήριο Chandra. Το συνολικό δείγμα αποτελείται από περισσότερες από 10.099 πηγές σε 319 γαλαξίες που καλύπτουν όλο το εύρος μορφολογικών τύπων, μεταλλικότητας, ρυθμού αστρογέννεσης και αστρικών μαζών που απαντώνται στο κοντινό μας Σύμπαν.Με βάση αυτά τα δεδομένα, κατασκευάζεται η κατανομή λαμπρότητας των διπλών συστημάτων εκπομπής ακτίνων-Χ σε γαλαξίες διαφορετικών μορφολογικών τύπων και μοντελοποιείται με νόμους δύναμης, από όπου προκύπτουν οι σχέσεις του αριθμού των διπλών συστημάτων εκπομπής ακτίνων-Χ με τον ρυθμού αστρογέννεσης, της αστρικής μάζας και της μεταλλικότητας των γαλαξιών.Αυτή είναι η πιο ολοκληρωμένη μελέτη του είδους της χρησιμοποιώντας το μεγαλύτερο δυνατό δείγμα γαλαξιών και πηγών ακτινών-Χ και αποτελεί σημείο αναφοράς για μελέτες των πληθυσμών διπλών συστημάτων εκπομπής ακτίνων-Χ. Αποτελεί επίσης σημείο αναφοράς και στην αξιολόγηση των θεωρητικών μοντέλων σχηματισμού και εξέλιξης διπλών συστημάτων εκπομπής ακτίνων-Χ δίνοντας σημαντικές πληροφορίες στο κατά πόσο τέτοιου είδους μετρικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς εξέλιξης πληθυσμών διπλών συστημάτων εκπομπής ακτίνων-Χ.