Широкополосные спектры излучения аккрецирующих черных дыр
Гребенев Сергей Андреевич
Институт космических исследований РАН
Представлены результаты расчетов широкополосных спектров излучения, формирующихся в слое высокотемпературной (kTe∼50 кэВ) полупрозрачной (с томсоновской толщей τ∼1−3) плазмы с плотностью, характерной для окружающих черную дыру областей аккреционного диска. Учитывались тормозные процессы рождения (и поглощения) фотонов и их последующая комптонизация. Показано, что собственного излучения такой плазмы достаточно для объяснения рентгеновских спектров, наблюдаемых в ''низком состоянии'' аккрецирующих черных дыр (квазистационарных источников, типа Cyg X-1, и рентгеновских новых). Никаких обычно предполагаемых дополнительных мягких фотонов (с энергиями < 1 кэВ) для поддержания комптонизации не требуется, более того их присутствие немедленно привело бы к сильным искажениям спектра по сравнению с наблюдаемым. Образующийся степенной спектр рентгеновского излучения с фотонным индексом α∼1.5−1.7, экспоненциально обрывающийся на ∼100 кэВ, в области жестких энергий заметно превосходит спектр тормозного излучения, ожидаемый от подобного слоя плазмы в пределе малой толщи. Степенной спектр простирается в неизменном виде вниз по оси энергий до 1-2 эВ, объясняя оптическое и инфракрасное (OIR) излучение системы (т.е. в этом состоянии оно формируется непосредственно в горячей плазме центральной области диска !).
Для объяснения более крутых α∼2.1−2.5 спектров, наблюдаемых в "высоком состоянии" черных дыр, действительно необходимо попадание в горячее облако большого числа мягких рентгеновских и UV фотонов, дополнительных к фотонам собственного излучения плазмы. Такие фотоны могли бы испускаться поверхностью внешнего холодного аккреционного диска, внутренний край которого во время "высокого состояния" максимально близко приближается к черной дыре.
В "низком (жестком) состоянии" край холодного диска заметно отступает от черной дыры. Хотя горячая область имеет небольшую оптическую толщу по томсоновскому рассеянию, в оптическом и инфракрасном диапазонах реальная толща по поглощению быстро нарастает за счет тормозных процессов и спектр излучения ниже ~1 эВ становится рэлей-джинсовским. В этом состоянии OIR излучение центральной горячей области диска заметно превышает по потоку и светимости излучение его внешних холодных областей, которые обычно считаются ответственными за наблюдаемые проявления аккрецирующих черных дыр в OIR диапазоне.