Магнитное поле опять помешало открыть черные дыры промежуточных масс

В поисках черных дыр промежуточных масс — редкого класса подобных космических объектов — астрономы анализировали спектр перспективного объекта, который может оказаться такой черной дырой — ультраяркого источника рентгеновского излучения в галактике М51. Однако они обнаружили особенность в спектре, которая могла быть вызвана только взаимодействием заряженных частиц с сильным магнитным полем. Так как у черных дыр не может быть собственного магнитного поля, то авторы делают вывод, что в центре источника располагается не черная дыра, а нейтронная звезда. Статья с результатами опубликована в журнале Nature Astronomy.

С развитием космических наблюдений в 1980-е ученые стали обнаруживать яркие источники рентгеновского излучения вдали от центров галактик, где расположены сверхмассивные черные дыры. Такие объекты получили название ULX (Ultraluminous X-ray source — ультраяркие рентгеновские источники). Чтобы объяснить их чрезвычайно большую яркость, астрономы предложили два варианта: либо в центре источника располагается черная дыра промежуточных масс (от сотни до десятков тысяч масс Солнца), либо нейтронная звезда, на которую по каким-то причинам выпадает больше вещества, чем допускает предел Эддингтона. Эта величина связана с давлением излучения, возникающим при переходе потенциальной энергии падающей материи в тепло: при некотором темпе аккреции давление света превышает гравитацию, что должно препятствовать дальнейшему падению.

В последние годы начали появляться доказательства, что некоторые ULX представляют собой нейтронные звезды — сверхплотные остатки эволюции крупных светил. Все эти работы так или иначе связаны с проявлениями сильного магнитного поля, которого у черной дыры быть не может. Ситуация обостряется непрекращающимся поиском несомненных кандидатов в черные дыры промежуточных масс — самый редкий класс этих объектов. В новой работе уже четвертый ULX однозначно классифицируется не как черная дыра. Этот вывод был сделан на основе анализа характерного провала в рентгеновской части спектра. Авторы обосновывают, что этот провал появился из-за явления под названием резонансное циклотронное рассеяние, которое возникает при круговом движении заряженных частиц в магнитном поле.

Форма линии поглощения в спектре от резонансного циклотронного рассеяния содержит информацию о величине магнитного поля в непосредственной близости от поверхности нейтронной звезды. Однако данных, которые позволили бы точно сказать, что за частицы ее порождают, нет. «Если циклотронная линия связана с протонами, то магнитное поле должно быть чрезвычайно сильным (10¹⁵ гаусс), что может обеспечивать нарушение эддингтоновского предела», — поясняет Мюррей Брайтман из американского Калтеха. Такое большое поле может уменьшить давление излучения и обеспечить больший поток вещества. С другой стороны, если линия связана с электронами, то магнитное поле оказывается не настолько сильным (10¹¹ гаусс), чтобы преодолеть предел Эддингтона. «Открытие, что эти яркие источники, которые долгое время считались черными дырами промежуточных масс, на самом деле являются намного менее массивными нейтронными звездами — это огромный научный сюрприз», — подытоживает Фиона Харрисон, соавтор работы.