Кратко — какие наблюдаемые признаки различают магнитизированный нейтрон и чёрную дыру при аккреции, и почему.
Основные физические различия
- Нейтронная звезда (НС) имеет твёрдую поверхность и (часто) магнитосферу; падающая материя при подходе к поверхности отдает энергию в виде теплового излучения и направленных аккрец. столбов.
- Чёрная дыра (ЧД) имеет горизонт событий: материя может исчезать за горизонтом, дополнительного поверхностного излучения нет.
Ключевые наблюдаемые признаки
1) Когерентные пульсации и аккреционные пульсары
- Магнитизированная НС часто даёт периодические X‑пульсации при аккреции (от миллисекунд до секунд): очевидный признак магнитной НС.
- Отсутствие пульсаций не доказывает ЧД (могут быть слабомагнитные или геометрически невыраженные НС).
2) Циклотронные резонансные линии (CRSF)
- Прямое измерение магнитного поля через энергию линии: $E_{\mathrm{cyc}}\simeq 11.6\mathrm{keV}(B/10^{12}\mathrm{G})$. Наличие CRSF однозначно указывает на сильное поле НС.
3) Тип I X‑ray вспышки (термоядерные вспышки)
- Короткие (сек–мин), яркие термоядерные вспышки на поверхности (горация скопившегося водорода/гелия) — однозначный признак наличия поверхности → НС. ЧД таких вспышек не дают.
4) Тепловые компоненты в спектре
- Диск: многотемпературный диск (multicolor disk blackbody) с внутренней температурой, масштабируемой как $T_{\mathrm{in}}\propto M^{-1/4}$. Для стеллярных масс: у ЧД типично $T_{\mathrm{in}}\sim 0.5\text{–}1\mathrm{keV}$.
- НС добавляет горячий компактный термальный компонент (граница слоя/горячая точка) с $kT\sim 1\text{–}2\mathrm{keV}$ и малой площадью — отличие от чисто диск‑доминированного спектра ЧД.
- Энергетический баланс: суммарная аккреционная люминесценция $L\sim GM\dot{M}/R$; у НС часть энергии выделяется непосредственно на поверхности/границе слоя, у ЧД часть энергии может исчезать за горизонтом (ADAF режим → меньшее излучение при малых $\dot{M}$).
5) Квазипериодические осцилляции (QPO) и высокочастотные особенности
- НС часто показывают kHz QPOs (несколько сотен — $\sim$ кГц) и частотную структуру связующуюся с вращением/размером поверхности;
- У ЧД встречаются HFQPOs, но реже и частоты, как правило, ниже (масштабируются с $M$). Однозначных критериев по QPO нет, но характер частот/связи с пульсациями помогает.
6) Поведение в спящем состоянии (quiescence)
- При малых $\dot{M}$ ЧД как правило заметно слабее в рентгене из‑за исчезновения вещества за горизонтом (ADAF): наблюдаемое отличие в среднем $\sim 10\text{–}100\times$ (порядок) в пользь большей тусклости ЧД по сравнению с НС. Это статистический, а не абсолютный тест.
7) Магнитосферные эффекты: радиус магнитосферы и пропеллер
- Магнитосфера ставит внутренний радиус диска $r_m$, где магнитные силы тормозят диск: $$r_m\sim {\left(\frac{{\mu }^4}{2GM{\dot{M}}^2}\right)}^{1/7},\mu =B{R}^3.$$
- Если $r_m$ превышает коротационный радиус, возможен «пропеллерный» режим с сильным выбросом вещества — характерно для магнитизированных НС.
8) Радио/джет‑поведение и рефлексия
- Оба класса могут иметь джеты и релятивистское отражение (Fe Kα). Радио/X‑ray корреляция у ЧД и НС различается по степенному закону, но это не однозначный критерий.
Итог (что однозначно указывает на НС)
- Type I X‑ray вспышки, когерентные пульсации, циклотроны и яркий малоплощадной термальный компонент — прямые указатели НС.
Признаки ЧД — это отсутствие всех перечисленных характеристик в комбинации с очень низкой спящей люминесценцией и диск‑доминированными спектрами, но отрицательный тест сам по себе не абсолютен — требуется сочетание наблюдений.
Если нужно, могу привести типичные числовые диапазоны температур/частот и примеры конкретных источников.