Точнее рассчитать массу черной дыры в звездной двойной системе MAXI J1348-630 удалось ученым МГУ – она оказалась в два раза больше предыдущих оценок. При вспышке вокруг образовалось пылевое кольцо, которое позволило точно измерить расстояние до объекта, сообщила пресс-служба вуза.
«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», — сообщила доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела звездной астрофизики ГАИШ МГУ Елена Сейфина.
Новый источник в созвездии Центавра вспыхнул 26 января 2019 года. Всего за пару дней после обнаружения он стал в 1,5–2 раза ярче самого яркого объекта в рентгеновском диапазоне – Крабовидной туманности. Эту вспышку наблюдали с помощью семи телескопов, работающих на орбите в разных диапазонах. Объект назван по имени телескопа MAXI, который первым ее зафиксировал, с добавлением координат. Пик вспышки продолжался в течение двух-пяти дней, а затем объект постепенно угас в течение полугода.
Рентгеновское излучение исходит от многих космических объектов, в частности, от черных дыр и нейтронных звезд. Как понять, какой объект зафиксировали телескопы? Отличить их друг от друга по наблюдаемому профилю «нарастания-пика-угасания» вспышки достаточно сложно. Поэтому природа объекта MAXI J1348-630 долгое время оставалась спорной.
Эти объекты очень плотные, но 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. Перед астрофизиками стояла задача — отличить черную дыру от нейтронной звезды по наблюдательным данным с помощью мощных телескопов.
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 трех масс Солнца, а масса «звездных» черных дыр — от трех до пятидесяти 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 девять тысяч световых лет, что гораздо меньше предыдущих априорных значений.
Зная точное расстояние, астрофизики Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга (ГАИШ МГУ) определили тип объекта и уточнили массу черной дыры 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.
