Как отличить черную дыру от нейтронной звезды?

В двойной системе вещество, истекающее из нормальной оптической звезды солнечного типа, образует вращающийся диск вокруг черной дыры (рис.). Теория дисковой аккреции (выпадения) вещества на нейтронные звезды и черные дыры в двойных системах была развита в 1972-73 годы Н. И. Шакурой и Р. А. Сюняевым, Дж. Принглом и М. Рисом, И. Д. Новиковым и К. Торном.

Рис. Слева — модель рентгеновской двойной системы с прецессирующим аккреционным диском вокруг релятивистского объекта. Справа наблюдательные проявления рентгеновской двойной системы, по которым определяется масса нейтронной звезды или черной дыры: кривая изменения потока рентгеновского излучения с затмениями рентгеновского источника оптической звездой, кривая изменения оптического блеска системы, обусловленная деформацией оптической звезды в воле тяжести релятивистского объекта, кривая лучевых скоростей оптической звезды и кривая лучевых скоростей рентгеновского пульсара (показана пунктирной линией).

Скорость движения вещества во внутренних частях такого, как его называют, аккреционного диска достигает огромного значения, близкого к скорости света. Взаимное трение слоев диска, обусловленное вязкостью, приводит к разогреву газа до температуры в сотни миллионов градусов, и мощному выделению энергии в рентгеновском диапазоне спектра. Из-за вязкости внутренние части диска тормозятся, что обеспечивает выпадение вещества диска на черную дыру Основное выделение энергии в виде квантов рентгеновского излучения происходит задолго до того как вещество достигнет горизонта событии черной дыры, что позволяет излучению уходить на бесконечность и быть зарегистрированным внешним наблюдателем

Фаза строго периодических изменений интенсивности рентгеновского излучения пульсара держится постоянной на протяжении свыше 30 лет, что свидетельствует о наличии у нейтронной звезды наблюдаемой поверхности.

Если же центральным объектом является не черная дыра, а нейтронная звезда, то выпадение вещества из диска идет на ее поверхность. При сильном магнитном поле вещество из внутренних частей диска перетекает вдоль силовых линий поля к магнитным полюсам. Там оно сталкивается с поверхностью нейтронной звезды, разогревается до температуры в сотни миллионов градусов и образует горячие рентгеновские пятна.

Из-за вращения нейтронной звезды наблюдатель видит эффект маяка: горячие пятна то видны для наблюдателя, то экранируются телом нейтронной звезды. Поэтому аккрецирующая нейтронная звезда с сильным магнитным полем проявляет себя как рентгеновский пульсар: от нее наблюдаются строго периодические импульсы рентгеновского излучения, следующие с периодом вращения звезды.

Если же магнитное поле нейтронной звезды слабое, вещество из внутренних частей диска достигает экватора нейтронной звезды, образует там горячий пограничный слой и накапливается на поверхности.

Если темп выпадения не очень велик, вещество, накопленное на поверхности, может испытывать термоядерный взрыв.

Это приводит к явлению рентгеновского барстера 1-го типа: коротким и мощным вспышкам рентгеновского излучения, распределенным нерегулярно во времени.

Таким образом, рентгеновский пульсар и рентгеновский барстер 1-го типа являются характерными признаками аккрецирующей нейтронной звезды с наблюдаемой поверхностью. Следует подчеркнуть, что это лишь достаточные, но отнюдь не необходимые признаки наличия наблюдаемой поверхности, поскольку они проявляются не у всех нейтронных звезд.

У аккрецирующих черных дыр явления рентгеновского пульсара или рентгеновского барстера 1-го типа не должны наблюдаться, поскольку, согласно ОТО (Общей теории относительности), черные дыры не имеют наблюдаемой поверхности, а имеют лишь горизонт событий.

А. М. Черепащук, А. Д. Чернин. «Вселенная, жизнь, черные дыры». 2003 г.