Возможные источники рентгеновского и гамма‑излучения в бинарной системе с компактным объектом (чёрная дыра, нейтронная звезда, вращающийся пульсар):
1) Аккреционный диск (термическая эмиссия, Compton‑компонента)
- Механизм: многотемпературный диск (soft X), корона — комптоново усилённый хвост (hard X).
- Признаки: мягкая чёрнотельная компонента \(kT_{\rm in}\sim 0.1\mbox{–}1\ \mathrm{keV}\), power‑law с индексом \(\Gamma\sim 1.5\mbox{–}2.5\) и high‑energy cutoff. Для компрессии: \(E_{\rm cut}\sim 2\mbox{–}3\,kT_e\). Формула для диск.лучимости: $L=4\pi R^2\sigma T^4$ (локально).
2) Аккреция на магнетизованную нейтронную звезду (аккреционные колонки, cyclotron)
- Механизм: ударные/тепловые столбы, сильная магнитосфера.
- Признаки: пульсации, циклотронные резонансные линии с энергией $E_{\mathrm{cyc}}\simeq 11.6B_{12}\mathrm{keV}$, где $B_{12}=B/10^{12}\mathrm{G}$. Жёсткие спектры, быстрые изменчивости.
3) Граничный слой и термоядерные вспышки (Type I X‑ray bursts, для НЗ)
- Механизм: термоядерный синтез на поверхности НЗ.
- Признаки: кратковременные вспышки с быстрым подъёмом и экспоненциальным спадом, чернотельный спектр с температурой \(kT\sim 1\mbox{–}3\ \mathrm{keV}\).
4) Корона/комптоновская эмиссия
- Механизм: невязкоускоренные электроны комптоново усиливают фотонное поле диска/звезды.
- Признаки: power‑law с экспоненциальным cut‑off; измерение $k{T}_e$ и оптической толщины $\tau$.
5) Релятивистские джеты (microquasar)
- Механизм: синхротронное излучение (радио→X) и инверсионное комптоново рассеяние (IC) на фотонах диска/звезды → γ. Можно также hadronic‑канал (π0→2γ).
- Признаки: сильное радио, VLBI‑структуры, поляризация, быстрые фляры, широкий неперекрывающий power‑law до GeV–TeV (для IC/порогового hadronic).
6) Пульсерный ветер / шок при взаимодействии с ветром компаньона (γ‑binaries)
- Механизм: ускорение частиц в ударной волне между пульсерным ветром и ветром звезды → синхротрон (X) + IC (γ).
- Признаки: фазовая модуляция на орбите, нет признаков классической аккреции, сильная непервичная нелинейная спектральная компонента.
7) Бретстраhlung/пучковое столкновение частиц и hadronic процессы
- Механизм: тепловое тормозное излучение и взаимодействия ускоренных протонов → π0 → γ.
- Признаки: жёсткие γ‑спектры, возможны нейтроны/нейтральные гаммы на высоких энергиях.
Набор мультидлинаволновых наблюдений и диагностические критерии (какие инструменты и что измерять):
A) Радио (MHz–GHz; VLA, VLBI, ATCA)
- Цели: наличие джета (размер, морфология), поляризация (синхротрон), временная корреляция с X/γ. Jet → сильная радио, VLBI структ. PWN → расширенная эмиссия.
B) ОПТИКА/УФ (фотометрия, спектроскопия; ground telescopes, HST)
- Цели: тип компаньона, орбитальная модуляция, реобработка X‑лучей (reprocessed light), наличие аккреционного диска (emission lines), измерение орбиты и массы компактного объекта.
C) Мягкие X (0.3–10 keV; XMM‑Newton, Chandra)
- Цели: детальная спектроскопия (diskbb, blackbody), поиск линий (Fe Kα \(6.4\mbox{–}6.97\ \mathrm{keV}\)), измерение поглощения $N_H$, поиск пульсаций (милисек/миллисекундное разрешение у XMM PN/Chandra HRC), исчерпывающий timing.
D) Жёсткие X (3–79 keV; NuSTAR), широкополосные (INTEGRAL, Swift/BAT)
- Цели: измерить high‑energy cutoff $E_{\mathrm{cut}}$, cyclotron линии $E_{\mathrm{cyc}}$, параметры комптоновской короны $k{T}_e,\tau$, отражение от диска (Compton hump).
E) Рентгеновская поляриметрия (IXPE)
- Цели: отличить синхротрон/комптон (высокая поляризация для синхротронного джета).
F) MeV–GeV гамма (Fermi‑LAT, AGILE)
- Цели: обнаружение непрерывного power‑law до GeV (пульсарный ветер или IC в джете), поиск флюктуаций по орбите, поиск периодических пульсаций (γ‑пульсары).
G) TeV (HESS, MAGIC, VERITAS, CTA)
- Цели: детекция высокоэнергичных IC или hadronic γ; фазовая зависимость, быстрые всплески.
H) Мультибэнд тайм‑серии, одновременные наблюдения
- Цели: задержки/корреляции между диапазонами (e.g. X→radio задержка у джетов), орбитальная модуляция, кратковременные фляры и их спектральная эволюция.
Ключевые диагностические признаки для различения источников:
- Наличие пульсаций → аккреция на НЗ или пульсарная магнетосфера.
- Циклотронная линия $E_{\mathrm{cyc}}\simeq 11.6B_{12}\mathrm{keV}$ → магнитное поле НЗ.
- Мягкая дисковая компонента + отражение/Fe Kα + high‑energy cutoff → аккреция на BH/NS (корона).
- Сильное радио + VLBI‑джет + поляризация + задержка radio vs X → джет (microquasar).
- Широкий неперекрывающий power‑law до GeV/TeV и фазовая модуляция без аккреционного признака → пульсерный ветер / γ‑binary.
- Type I X‑ray bursts (чернотельный кратковременный сигнал) → термоядерные вспышки на поверхности НЗ.
- Наличие π0‑спектра/нейтральных пиков и сопутствующих нейтрино/космических лучей → hadronic процесс (требует TeV наблюдений и многоинструментальной проверки).
Рекомендуемая тактика наблюдений:
- Одновременные или квазисовременные кампании: радио + оптика + мяг/жёсткие X + Fermi + TeV при возможности.
- Фазовое покрытие по орбите и быстрые тайм‑серии для поиска пульсаций/фляров.
- Спектроскопия (Fe Kα, cyclotron), поляриметрия и VLBI для окончательной идентификации механизма.
Этого набора наблюдений обычно достаточно, чтобы разделить: (i) аккретация на BH/NS (термика + отражение + cutoff), (ii) магнитная аккретация на НЗ (пульсации + $E_{\mathrm{cyc}}$), (iii) джет‑/microquasar‑сценарий (радио+поляризация+корреляция), (iv) пульсерный ветер/γ‑binary (фазовая γ‑модуляция, отсутствие сильной аккреции).