Кратко — какие наблюдательные отличия в рентгене/оптике позволяют отличить чёрную дыру (ЧД) от нейтронной звезды (НС):
1. Динамическое (оптическое) измерение массы
- Измеряют массовую функцию через радиальную скорость компаньона:
$$f(M)=\frac{(M_{\mathrm{x}}\sin i{)}^3}{(M_{\mathrm{x}}+M_{\mathrm{c}}{)}^2}=\frac{K^3{P}_{\mathrm{orb}}}{2\pi G},$$ где $K$ — полуширина синусоиды скоростей, $P_{\mathrm{orb}}$ — период. Если нижний предел массы компактного объекта существенно превышает максимальную массу НС (приблизительно $\sim 2-3M_{\odot }$), то объект — ЧД. Практическое правило: если $M_{\mathrm{x},\min }\gtrsim 3M_{\odot }$ — крепкое доказательство ЧД.
2. Наличие/отсутствие поверхности — сигнатуры в рентгене
- Тип I X‑ray bursts (термоядерные вспышки на поверхности) и фотосферное расширение (PRE) однозначно указывают на НС (есть твёрдая/жидкая поверхность).
- Коэрентные пульсации в рентгене и циклотронные резонансные линии (CRSF) — признак магнитного НС.
- ЧД не дают Type I bursts и не показывают поверхностных атомных/термальных линий.
3. Рентгеновский спектр и мягкая компонентa
- НС: часто присутствует жёсткий «пограничный слой» и/или термальный компонент от поверхности/пограничного слоя с температурой порядка $kT\sim 0.3-2\mathrm{keV}$.
- ЧД: в мягком состоянии доминирует многокомпонентный диск (multi‑color disk) с менее горячим внутренним диском, типично $kT\sim 0.1-1\mathrm{keV}$; отсутствует поверхность‑блэкбоди. Это различие статистическое, не всегда однозначно.
4. Квазипериодические осцилляции (QPO) и НЧ/ВЧ сигнатуры
- Наличие коэрентных пульсаций / частот ~hundreds–kHz связаны с НС (особенно kHz QPO и burst oscillations).
- У ЧД наблюдаются HF QPO, но их частоты обычно ниже и масштабируются с массой; однако QPO сами по себе не даёт стопроцентной классификации.
5. Поведение в кварсенции (низкая активность)
- Транзиентные системы: в состоянии покоя ЧД обычно значительно темнее, чем НС — это ожидаемо, если у ЧД есть «горизонт событий», и нет теплоизлучающей поверхности.
Примеры типичных диапазонов: ЧД в покое $L_X\sim 10^{30}-10^{33}\mathrm{erg}{\mathrm{s}}^{-1}$, НС $L_X\sim 10^{32}-10^{34}\mathrm{erg}{\mathrm{s}}^{-1}$ (перекрытие есть, но статистическое различие заметно).
6. Релятивистские линии и внутренний радиус диска
- Измерение радиуса внутреннего края диска через дисковое излучение или профиль Fe Kα: для ЧД радиус может быть совместим с ISCO, для НС диск может заходить на поверхность или формироваться пограничный слой. Это даёт подсказку, но требует моделирования.
7. Радио/рентгеновские связи и джеты
- Различия в радио–X корреляции и «fundamental plane» отмечены, но не являются однозначными индикаторами.
Итого — самые надёжные наблюдательные отличия:
- Положительное доказательство НС: Type I X‑ray bursts, коэрентные X‑пульсации, CRSF, детектированные поверхностные/атмосферные линии.
- Положительное доказательство ЧД: достоверное измерение массы $M\gtrsim 3M_{\odot }$ (динамика компаньона) и отсутствие любых признаков поверхности при достаточной чувствительности (низкий уровень в покое, отсутствие термальных вспышек).
Примечание: многие признаки статистические и требуют комбинированных наблюдений; наиболее категоричны — термоядерные вспышки/пульсации (НС) и динамическая масса $>3M_{\odot }$ (ЧД).