Chapter 4
Accreting Millisecond X-ray Pulsars
Alessandro Patruno and Anna L. Watts
Contents
4.1 Introduction . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 144
4.2 The Accreting Millisecond X-ray Pulsar Family... .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 146
4.2.1 Intermittency . . .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 149
4.3 Observations of the AMXPs . .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 151
4.3.1 SAX J1808.4-3658 . .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 151
4.3.2 XTE J1751-305 . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 156
4.3.3 XTE J0929-314 . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 158
4.3.4 XTE J1807-294 . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 158
4.3.5 XTE J1814-338 . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 159
4.3.6 IGR J00291+5934 .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 160
4.3.7 HETE J1900.1-2455 . . .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 161
4.3.8 Swift J1756.9-2508 . .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 162
4.3.9 Aql X-1 . . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 163
4.3.10 SAX J1748.9-2021 . .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 164
4.3.11 NGC 6440 X-2 . . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 165
4.3.12 IGR J17511-3057 . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 165
4.3.13 Swift J1749.4-2807 . .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 166
4.3.14 IGR J17498-2921 . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 167
4.3.15 IGR J18245-2452 . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 167
4.4 Accretion Torques .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 168
4.4.1 Coherent Timing Technique . . ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 172
4.4.2 Observations: Accretion Torques in AMXPs . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 175
4.5 Pulse Profiles . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 180
4.5.1 Pulse Fractional Amplitudes and Phase Lags .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 180
4.5.2 Pulse Shape Evolution . . .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 182
A. Patruno ()
Institute of Space Sciences, CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas), Barcelona,
Spain
e-mail: patruno@ice.csic.es
A. L. Watts
Astronomical Institute “Anton Pannekoek”, University of Amsterdam, Amsterdam, The
Netherlands
e-mail: a.l.watts@uva.nl
© Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature 2021
T. M. Belloni et al. (eds.), Timing Neutron Stars: Pulsations, Oscillations
and Explosions, Astrophysics and Space Science Library 461,
https://doi.org/10.1007/978-3-662-62110-3_4
143
Accreting Millisecond X-ray Pulsars
Alessandro Patruno and Anna L. Watts
Contents
4.1 Introduction . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 144
4.2 The Accreting Millisecond X-ray Pulsar Family... .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 146
4.2.1 Intermittency . . .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 149
4.3 Observations of the AMXPs . .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 151
4.3.1 SAX J1808.4-3658 . .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 151
4.3.2 XTE J1751-305 . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 156
4.3.3 XTE J0929-314 . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 158
4.3.4 XTE J1807-294 . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 158
4.3.5 XTE J1814-338 . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 159
4.3.6 IGR J00291+5934 .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 160
4.3.7 HETE J1900.1-2455 . . .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 161
4.3.8 Swift J1756.9-2508 . .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 162
4.3.9 Aql X-1 . . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 163
4.3.10 SAX J1748.9-2021 . .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 164
4.3.11 NGC 6440 X-2 . . .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 165
4.3.12 IGR J17511-3057 . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 165
4.3.13 Swift J1749.4-2807 . .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 166
4.3.14 IGR J17498-2921 . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 167
4.3.15 IGR J18245-2452 . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 167
4.4 Accretion Torques .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 168
4.4.1 Coherent Timing Technique . . ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 172
4.4.2 Observations: Accretion Torques in AMXPs . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 175
4.5 Pulse Profiles . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 180
4.5.1 Pulse Fractional Amplitudes and Phase Lags .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 180
4.5.2 Pulse Shape Evolution . . .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 182
A. Patruno ()
Institute of Space Sciences, CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas), Barcelona,
Spain
e-mail: patruno@ice.csic.es
A. L. Watts
Astronomical Institute “Anton Pannekoek”, University of Amsterdam, Amsterdam, The
Netherlands
e-mail: a.l.watts@uva.nl
© Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature 2021
T. M. Belloni et al. (eds.), Timing Neutron Stars: Pulsations, Oscillations
and Explosions, Astrophysics and Space Science Library 461,
https://doi.org/10.1007/978-3-662-62110-3_4
143