Астрофизики уточнили массу чёрной дыры MAXI J1348-630

При вспышке вокруг чёрной дыры образовалось пылевое кольцо, которое позволило точно измерить расстояние до объекта и оценить его массу.

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 полтора-два раза ярче самого яркого объекта в рентгеновском диапазоне — Крабовидной туманности. Эта вспышка наблюдалась с помощью 7 орбитальных телескопов. 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 чёрных дыр и нейтронных звёзд. Как понять, какой объект зафиксировали телескопы? Вспышка (нарастание светимости) чёрных дыр и нейтронных звёзд 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 чёрную дыру, так и на нейтронную звезду. Поэтому природа объекта MAXI J1348-630 долгое время оставалась спорной.

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 звёзд составляет менее 3 масс Солнца, а масса «звёздных» чёрных дыр — от 3 до 50 масс Солнца. Это ещё 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 «Спектр-РГ» 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 и от межзвёздных пылевых облаков, расстояние до которых уже было известно по сверхточным измерениям в эксперименте Gaia. С учётом этого и времени распространения «светового эха» исследователи точно определили расстояние до объекта — всего 9 тысяч световых лет, что гораздо меньше чем предыдущие оценки.

Зная точное расстояние, астрофизики ГАИШ МГУ определили тип объекта — им всё-таки оказалась чёрная дыра, и уточнили её массу, о чём сообщили в журнале Astronomy and Astrophysics. Для этого учёные сопоставили особенности спектра MAXI J1348-630 со спектрами уже известных чёрных дыр. Была найдена чёрная дыра с похожим профилем вспышки в другой системе, XTE J1550-564. Поведение, т. е. то, как менялся спектр излучения этих чёрных дыр во время вспышки, было одинаковым, но потоки излучения отличались из-за разных масс и расстояний до объектов. С учётом этой разницы и была рассчитана масса чёрной дыры в MAXI J1348-630, оказавшаяся примерно в 15 раз больше массы Солнца — это в два раза больше, чем изначальные оценки.

По материалам пресс-службы МГУ