X-Ray Polarization of the Black Hole X-Ray Binary 4U 1630–47 Challenges the Standard Thin Accretion Disk Scenario
Ajay RatheeshINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Michal DovčiakAstronomical Institute of the Czech Academy of Sciences, Boční II 1401/1, 14100 Praha 4, Czech RepublicH. KrawczynskiPhysics Department and McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO 63130, USAJakub PodgornýAstronomical Institute of the Czech Academy of Sciences, Boční II 1401/1, 14100 Praha 4, Czech RepublicLorenzo MarraDipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre, Via della Vasca Navale 84, 00146 Roma, ItalyAlexandra VeledinaDepartment of Physics and Astronomy, 20014 University of Turku, FinlandВ. Ф. СулеймановInstitut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen, Sand 1, 72076 Tübingen, GermanyNicole Rodriguez CaveroPhysics Department and McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO 63130, USAJames F. SteinerCenter for Astrophysics∣ Harvard & Smithsonian, 60 Garden Street, Cambridge, MA 02138, USAJiří SvobodaAstronomical Institute of the Czech Academy of Sciences, Boční II 1401/1, 14100 Praha 4, Czech RepublicAndrea MarinucciASI—Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, 00133 Roma, ItalyS. BianchiDipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre, Via della Vasca Navale 84, 00146 Roma, ItalyMichela NegroCenter for Research and Exploration in Space Science and Technology, NASA/GSFC, Greenbelt, MD 20771, USAG. MattDipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre, Via della Vasca Navale 84, 00146 Roma, ItalyFrancesco TombesiDepartment of Astronomy, University of Maryland, College Park, MD 20742, USAJuri PoutanenDepartment of Physics and Astronomy, 20014 University of Turku, FinlandAdam IngramSchool of Mathematics, Statistics, and Physics, Newcastle University, Newcastle upon Tyne NE1 7RU, UKRoberto TavernaDipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova, Via Marzolo 8, 35131 Padova, ItalyAndrew WestPhysics Department and McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO 63130, USAV. KarasAstronomical Institute of the Czech Academy of Sciences, Boční II 1401/1, 14100 Praha 4, Czech RepublicF. UrsiniDipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre, Via della Vasca Navale 84, 00146 Roma, ItalyP. SoffittaINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Fiamma CapitanioINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Domenico ViscoloIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, ItalyAlberto ManfredaIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli, Strada Comunale Cinthia, 80126 Napoli, ItalyFabio MuleriINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Maxime ParraDipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre, Via della Vasca Navale 84, 00146 Roma, ItalyBanafsheh BeheshtipourPhysics Department and McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO 63130, USASohee ChunPhysics Department and McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO 63130, USANicolò CibrarioDipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, ItalyNiccolò Di LallaDepartment of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University, Stanford, CA 94305, USASergio FabianiINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Kun HuPhysics Department and McDonnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO 63130, USAP. KaaretNASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL 35812, USAVladislav LoktevDepartment of Physics and Astronomy, 20014 University of Turku, FinlandRomana MikušincováDipartimento di Matematica e Fisica, Università degli Studi Roma Tre, Via della Vasca Navale 84, 00146 Roma, ItalyTsunefumi MizunoHiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University, 1-3-1 Kagamiyama, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, JapanN. OmodeiDepartment of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University, Stanford, CA 94305, USAPierre-Olivier PetrucciUniversité Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, 38000 Grenoble, FranceSimonetta PuccettiSpace Science Data Center, Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, 00133 Roma, ItalyJohn RankinINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Silvia ZaneMullard Space Science Laboratory, University College London, Holmbury St Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UKSixuan ZhangHiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University, 1-3-1 Kagamiyama, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, JapanI. AgudoInstituto de Astrofísica de Andalucía–CSIC, Glorieta de la Astronomía s/n, 18008 Granada, SpainL. A. AntonelliINAF Osservatorio Astronomico di Roma, Via Frascati 33, 00078 Monte Porzio Catone (RM), ItalyMatteo BachettiINAF Osservatorio Astronomico di Cagliari, Via della Scienza 5, 09047 Selargius (CA), ItalyL. BaldiniDipartimento di Fisica, Università di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, ItalyW. H. BaumgartnerNASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL 35812, USAR. BellazziniIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, ItalyStephen D. BongiornoNASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL 35812, USAR. BoninoDipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, ItalyA. BrezIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, ItalyN. BucciantiniDipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze, Via Sansone 1, 50019 Sesto Fiorentino (FI), ItalySimone CastellanoIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, ItalyE. CavazzutiASI—Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, 00133 Roma, ItalyChien‐Ting ChenScience and Technology Institute, Universities Space Research Association, Huntsville, AL 35805, USAS. CipriniIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma “Tor Vergata”, Via della Ricerca Scientifica 1, 00133 Roma, ItalyE. CostaINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Alessandra De RosaINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]E. Del MonteINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Laura Di GesuASI—Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, 00133 Roma, ItalyAlessandro Di MarcoINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]I. DonnarummaASI—Agenzia Spaziale Italiana, Via del Politecnico snc, 00133 Roma, ItalyVictor DoroshenkoInstitut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen, Sand 1, 72076 Tübingen, GermanySteven R. EhlertNASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL 35812, USATeruaki EnotoRIKENY. EvangelistaINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Riccardo FerrazzoliINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]Javier A. GarcíaCalifornia Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAShuichi GunjiYamagata University, 1-4-12 Kojirakawa-machi, Yamagata-shi 990-8560, JapanKiyoshi HayashidaOsaka University, 1-1 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871, JapanJeremy HeylUniversity of British Columbia, Vancouver, BC V6T 1Z4, CanadaW. IwakiriInternational Center for Hadron Astrophysics, Chiba University, Chiba 263-8522, JapanS. G. JorstadDepartment of Astrophysics, St. Petersburg State University, Universitetsky pr. 28, Petrodvoretz, 198504 St. Petersburg, RussiaFabian KislatDepartment of Physics and Astronomy and Space Science Center, University of New Hampshire, Durham, NH 03824, USATakao KitaguchiRIKEN Cluster for Pioneering Research, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, JapanJeffery J. KolodziejczakNASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL 35812, USAFabio La MonacaINAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Roma, Italy; [email protected]L. LatronicoIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, ItalyIoannis LiodakisFinnish Centre for Astronomy with ESO, 20014 University of Turku, FinlandS. MalderaIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, ItalyFrédéric MarinUniversité de Strasbourg, CNRS, Observatoire Astronomique de Strasbourg, UMR 7550, 67000 Strasbourg, FranceAlan P. MarscherInstitute for Astrophysical Research, Boston University, 725 Commonwealth Avenue, Boston, MA 02215, USAHerman L. MarshallMIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USAF. MassaroDipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, ItalyIkuyuki MitsuishiGraduate School of Science, Division of Particle and Astrophysical Science, Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, Aichi 464-8602, JapanStephen C. Y. NgDepartment of Physics, The University of Hong Kong, Pokfulam, Hong KongStephen L. O’DellNASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL 35812, USAC. OppedisanoIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125 Torino, ItalyAlessandro PapittoINAF Osservatorio Astronomico di Roma, Via Frascati 33, 00078 Monte Porzio Catone (RM), ItalyGeorge G. PavlovDepartment of Astronomy and Astrophysics, Pennsylvania State University, University Park, PA 16802, USAAbel L. PeirsonDepartment of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University, Stanford, CA 94305, USAM. PerriINAF Osservatorio Astronomico di Roma, Via Frascati 33, 00078 Monte Porzio Catone (RM), ItalyM. Pesce-RollinsIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, ItalyM. PiliaINAF Osservatorio Astronomico di Cagliari, Via della Scienza 5, 09047 Selargius (CA), ItalyAndrea PossentiINAF Osservatorio Astronomico di Cagliari, Via della Scienza 5, 09047 Selargius (CA), ItalyBrian D. RamseyNASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL 35812, USAO. J. RobertsScience and Technology Institute, Universities Space Research Association, Huntsville, AL 35805, USARoger W. RomaniDepartment of Physics and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University, Stanford, CA 94305, USAC. SgróIstituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Largo B. Pontecorvo 3, 56127 Pisa, Italy
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Abstract A large energy-dependent X-ray polarization degree is detected by the Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) in the high-soft emission state of the black hole X-ray binary 4U 1630–47. The highly significant detection (at ≈50 σ confidence level) of an unexpectedly high polarization, rising from ∼6% at 2 keV to ∼10% at 8 keV, cannot be easily reconciled with standard models of thin accretion disks. In this work, we compare the predictions of different theoretical models with the IXPE data and conclude that the observed polarization properties are compatible with a scenario in which matter accretes onto the black hole through a thin disk covered by a partially ionized atmosphere flowing away at mildly relativistic velocities.
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