← На главную страницу

Спектральный анализ OJ 287 по данным Swift/XRT

Оценка массы чёрной дыры

По результатам анализа масса чёрной дыры была оценена примерно в 200 миллионов масс Солнца (2 × 10⁸ M_⊙). В рамках принятой физической интерпретации эта оценка, вероятнее всего, относится к менее массивному (вторичному) компоненту предполагаемой двойной системы OJ 287.

Постановка задачи

Набор данных Swift/XRT по OJ 287 включает большое число коротких наблюдений продолжительностью порядка одной килосекунды. В большинстве отдельных наблюдений число зарегистрированных событий недостаточно для устойчивой спектральной аппроксимации. Поэтому анализ каждого наблюдения по отдельности не позволяет надёжно проследить изменение формы рентгеновского спектра.

Задача состояла в объединении наблюдений с сохранением зависимости спектральных характеристик от потока источника. Наблюдения были распределены по интервалам потока, после чего для каждого интервала был построен суммарный спектр с достаточной статистикой для физического моделирования.

Объект исследования

OJ 287 — переменный блазар типа BL Lac и один из наиболее известных кандидатов в двойные системы со сверхмассивными чёрными дырами. Источник многократно наблюдался телескопом XRT космической обсерватории Swift, однако данные представлены главным образом короткими отдельными наблюдениями.

Их совместная обработка позволяет исследовать изменение рентгеновского спектра в зависимости от состояния источника и проверить применимость моделей аккреционного излучения.

Цель работы

Работа была выполнена в сотрудничестве с астрофизиками Университета Феррары (UniFe, Италия) по их запросу.

Цель состояла в проверке характерной зависимости фотонного индекса рентгеновского спектра от нормировки модели BMC, связанной со светимостью источника и используемой в рамках метода как индикатор темпа аккреции. Для аккрецирующих чёрных дыр ожидается рост фотонного индекса с последующим выходом на насыщение.

Проверка этой зависимости потребовала построения спектров с существенно большей статистикой, чем имели отдельные наблюдения Swift/XRT.

Обработка данных и методика анализа

Все использованные наблюдения Swift/XRT были обработаны по единой процедуре. После определения потока наблюдения распределялись по заданным интервалам, а зарегистрированные события внутри каждого интервала объединялись для построения суммарного спектра.

Полученные спектры аппроксимировались моделью BMC (bulk-motion Comptonization), описывающей преобразование спектра низкоэнергетических фотонов аккреционного диска вследствие комптоновского рассеяния во внутренней области диска и в сходящемся к чёрной дыре потоке вещества. Модель учитывает прямое излучение исходной тепловой компоненты и её комптонизованную составляющую.

Затем исследовалась зависимость фотонного индекса Γ от нормировки BMC. Полученная зависимость сравнивалась с аналогичными зависимостями для галактических систем с чёрными дырами GX 339–4 и XTE J1859–226, использованных в качестве эталонных источников.

Результаты и интерпретация

Фотонный индекс возрастает с увеличением нормировки BMC, после чего выходит на уровень насыщения около Γ ≈ 2,6. Такая форма зависимости позволяет применить метод масштабирования по отношению к эталонным системам с известными параметрами.

В результате была получена оценка массы M ≈ 2 × 10⁸ M_⊙, или около 200 миллионов масс Солнца. С учётом сценария двойной системы OJ 287 эта оценка, вероятнее всего, относится к её менее массивному (вторичному) компоненту.

Другие исследования OJ 287, опубликованные Valtonen et al. (2023) и Komossa et al. (2023), также приводят к масштабам массы порядка 10⁸ M_⊙ при использовании иных физических моделей и наблюдательных методов. Несмотря на различия в интерпретации, численные оценки имеют сопоставимый порядок величины.

Литература

Kuznetsov, S. 2024, MNRAS, 535, 3732–3737 — статья
Valtonen, M. J., et al. 2023, MNRAS, 525, 1153 — статья
Komossa, S., et al. 2023, MNRAS Letters, 522, L84 — статья

Источники данных и программное обеспечение