15.02.2023
Ученые МГУ смогли более точно рассчитать массу черной дыры в звездной двойной системе MAXI J1348-630. При вспышке вокруг объекта образовалось пылевое кольцо, которое позволило точно измерить расстояние до объекта. В результате новых расчетов масса черной дыры оказалась в два раза больше, чем в предыдущих оценках. Работа опубликована в журнале Q1 Astronomy and Astrophysics.
26 января 2019 года на небе вспыхнул новый источник в созвездии Центавра, резко увеличив свою светимость в рентгеновском диапазоне. Всего за пару дней после обнаружения он стал в 1.5-2 раза ярче самого яркого объекта в рентгеновском диапазоне — Крабовидной туманности. Эта вспышка наблюдалась с помощью 7 телескопов, работающих на орбите в разных диапазонах. Первым вспышку зафиксировал телескоп MAXI, поэтому объект так и назван — по имени телескопа с добавлением координат объекта. Пик вспышки продолжался в течение 2-5 дней, а затем объект постепенно угас за 4-6 месяцев.
Рентгеновское излучение исходит от многих космических объектов, в частности, от черных дыр и нейтронных звезд. Как понять, какой объект зафиксировали телескопы? Вспышка (нарастание светимости) черных дыр и нейтронных звезд обусловлена усилением темпа аккреции вещества из окружающего пространства на эти объекты. Однако отличить их друг от друга по наблюдаемому профилю «нарастания-пика-угасания» вспышки достаточно сложно. Он может указывать как на черную дыру, так и на нейтронную звезду. Поэтому природа объекта MAXI J1348-630 долгое время оставалась спорной.
Чем отличаются черные дыры от нейтронных звезд? Эти объекты очень плотные, однако у нейтронных звезд есть «твердая» поверхность. У черных дыр вместо этого существует горизонт событий — «воображаемая» граница пространства-времени, из под которой не может вырваться даже свет. Различить их было бы просто, если бы объекты были на близком расстоянии от Земли, однако они находятся далеко по космическим меркам. Поэтому перед астрофизиками стоит задача — отличить черную дыру от нейтронной звезды по наблюдательным данным с помощью мощных телескопов.
Какие данные доступны ученым? Во время вспышки детекторы регистрируют приходящее на Землю излучение в нескольких диапазонах — оптическом, рентгеновском и радио. По спектральным и временным характеристикам излучения можно определить размер и температуру объекта, сделать вывод о механизме излучения. Зная расстояние, можно рассчитать светимость, а потом и массу объекта. Масса нейтронных звезд составляет менее 3 масс Солнца, а масса «звездных» черных дыр — от 3 до 50 масс Cолнца. Это еще один способ различить два вида компактных объектов.
MAXI J1348-630 – новый объект, поэтому расстояние до него было неизвестно. Из-за этого оценка массы была неточной. Однако российско-немецкий телескоп СРГ недавно обнаружил гигантское пылевое кольцо вокруг объекта, образовавшееся в результате кратковременной вспышки. Излучение объекта отразилось от этого кольца в разных точках, и поэтому пришло к Земле с задержкой — возник эффект «светового эха». Излучение от объекта MAXI J1348-630 отразилось от межзвездных пылевых облаков, расстояние до которых уже было известно по сверхточным измерениям в эксперименте Gaia. С учетом этого и времени распространения «светового эха» ученые точно определили расстояние до объекта — всего 9 тысяч световых лет, что гораздо меньше предыдущих априорных значений.
Зная точное расстояние, астрофизики ГАИШ МГУ определили тип объекта и уточнили массу черной дыры MAXI J1348-630 с помощью метода скалирования. В этом методе рассчитывается спектральный индекс — «наклон» спектра. Во время развития вспышки у черных дыр он сначала нарастает, а затем остается постоянным в максимуме вспышки. У нейтронных звезд же он не изменяется на протяжении всей вспышки. Далее ученые сопоставили поведение этого индекса в MAXI J1348-630 с таковым для уже известных черных дыр. Была найдена черная дыра с похожим профилем вспышки в другой системе, XTE J1550-564. Поведение этих черных дыр во время вспышки было одинаковым, но потоки излучения отличались из-за разных масс и расстояний до объектов. С учетом этой разницы и была рассчитана масса черной дыры в MAXI J1348-630.
«Полученное значение согласуется с другими методами, при этом имеет меньший разброс. В итоге масса оказалась в 2 раза больше, чем изначальные оценки. Такие измерения важно проводить, чтобы проверить правильность наших знаний и теорий о Вселенной и о ее развитии. Если бы масса черной дыры оказалась больше 50 масс Солнца, то пришлось бы пересматривать основы физики звезд и звездной эволюции. В этот раз такого не произошло», — прокомментировала работу д.ф-м.н., ведущий научный сотрудник отдела звездной астрофизики ГАИШ МГУ Елена Сейфина.
На иллюстрации: Изображение MAXI J1348–30 во время вспышки по данным рентгеновского телескопа Swift/XRT. Внизу показан временной профиль (белые точки) рентгеновской вспышки объекта (январь 2019 г. – октябрь 2020 г.).
Пресс-служба МГУ
Нет комментариев