سیاه‌چاله‌ای که نور خودش را می‌بلعد
افق رویداد همان چیزی است که سیاه‌چاله را سیاه‌چاله می‌کند: مرزی که هیچ چیز، حتی نور، از آن سو بازنمی‌گردد. بنا بر تعریف، هیچ سیگنالی برای ما نمی‌فرستد. تلسکوپ افق رویداد (Event Horizon Telescope) از سایه سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر کهکشان M87 و Sagittarius A* تصویر گرفته است؛ شاهدی غیرمستقیم از یک افق. اما افق سیاه‌چاله‌ای که از یک ستاره زاده شده تنها چند ده کیلومتر پهنا دارد، بسیار کوچک‌تر از آنکه بتوان از آن تصویر گرفت.
استدلالِ همدم کم‌نور
اخترشناسان سرنخ دیگری هم دارند. در زوج‌هایی که ستاره‌ای مرده از همدمش گاز می‌کشد، سامانه‌های آرام سیاه‌چاله‌ای معمولاً حدود صد برابر کم‌نورتر از سامانه‌های ستاره نوترونی با مدارهای مشابه‌اند. توضیح این است: گاز فرودآمده به سطح ستاره نوترونی برخورد می‌کند و می‌درخشد، در حالی که سیاه‌چاله انرژی را می‌بلعد.
نقطه ضعف یک فرض است. این استدلال فرض می‌کند که مدارهای مشابه یعنی آهنگ‌های تغذیه مشابه. در مدارهای بلندتر از 80 دقیقه، همدم می‌تواند کوتوله قهوه‌ای، ستاره‌ای معمولی یا غول باشد و چند اثر مختلف می‌توانند جریان گاز را پیش ببرند. آهنگ واقعی تغذیه نامعلوم است.
زوج‌هایی که در چند دقیقه می‌گردند
چیان‌چی ما، وِی‌مین گو و مویوان سون از دانشگاه شیامن، همراه با شان‌شان وِنگ از دانشگاه نرمال نانجینگ، به سراغ دوتایی‌های پرتو ایکس فوق‌فشرده (ultra-compact X-ray binaries) رفتند. وقتی دوره مداری کمتر از 40 دقیقه باشد، دو جسم چنان نزدیک‌اند که همدم تنها می‌تواند یک کوتوله سفید باشد. و مدار عمدتاً با گسیل امواج گرانشی کوچک می‌شود.
این ویژگی این سامانه‌ها را به آزمایشگاه‌هایی پاکیزه بدل می‌کند. در این حالت آهنگ تغذیه تنها به نظریه گرانش و به رابطه اندازه کوتوله سفید با جرمش بستگی دارد. می‌توان آن را تنها از دوره مداری و با چند جرم فرضی محاسبه کرد: 1.4 تا 2 جرم خورشید برای ستاره نوترونی و 3 تا 20 برای سیاه‌چاله.
تیم پنج سامانه از این دست را نگه داشت، همه در خوشه‌های کروی، گوی‌های انبوهی از ستارگان پیر که فاصله‌شان با دقت 2% معلوم است:
- چهار سامانه یک ستاره نوترونی دارند که با فوران‌های گرماهسته‌ای پرتو ایکس شناسایی شده است؛
- یکی، 47 Tuc X-9، یک سیاه‌چاله دارد که از چگونگی تغییر هم‌زمان گسیل رادیویی و پرتو ایکس آن شناسایی شده است. مدار آن حدود 28 دقیقه طول می‌کشد.
سپس میانگین تابش پرتو ایکس هر سامانه را، که از رصدخانه‌های Chandra و Swift و دیگران گرفته شده بود، با آهنگ تغذیه محاسبه‌شده‌اش مقایسه کردند.
هزار برابر کم‌نورتر
نتیجه بازده تابشی است: سهمی از انرژی جرمِ فرورونده که به صورت پرتو ایکس بیرون می‌آید.
- برای هر چهار ستاره نوترونی، این مقدار بالای 5% است.
- برای سیاه‌چاله، زیر 0.03% است.
این شکاف دو تا سه مرتبه بزرگی است. چشمگیرترین زوج: سامانه ستاره نوترونی M15 X-2 و سیاه‌چاله 47 Tuc X-9 با آهنگ‌هایی مشابه، حدود 10¹⁶ گرم بر ثانیه، تغذیه می‌شوند، اما 47 Tuc X-9 هزار برابر کم‌نورتر است. حتی با در نظر گرفتن عدم قطعیت‌هایی تا ده برابر در درخشندگی برخی منابع، دو گروه از هم جدا می‌مانند.
انرژی کجا می‌رود
نویسندگان این را با آنچه در ته قرار دارد توضیح می‌دهند. ستاره نوترونی سطحی سخت دارد: حتی اگر گاز داغِ ورودی در مسیر خود ضعیف تابش کند، انرژی‌اش سرانجام روی آن سطح نشانده و دوباره گسیل می‌شود. سیاه‌چاله هیچ سطحی ندارد. در آهنگ‌های تغذیه پایین، بخش بزرگی از انرژی گاز به صورت گرما به درون برده می‌شود و پشت افق ناپدید می‌شود.
از نظر نویسندگان، این شاهدی قوی برای افق یک سیاه‌چاله ستاره‌ای است، هرچند به تعبیر خلاصه خودشان غیرمستقیم. این شاهد بر یک سیاه‌چاله تکیه دارد. آن‌ها پیش‌بینی آزمودنی‌ای ارائه می‌کنند: هر ستاره نوترونی تازه‌ای که در چنین زوج تنگی یافت شود باید در گروه پرنور قرار گیرد، و هر سیاه‌چاله‌ای با مداری مشابه باید به کم‌نوری 47 Tuc X-9 باشد.
درسی برای سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر
این پژوهش هشداری گسترده‌تر هم دارد. برای سیاه‌چاله‌ها، درخشندگی معیار ضعیفی برای میزان تغذیه آن‌هاست. یک سیاه‌چاله می‌تواند رشد کند و همچنان کم‌نور بماند. به گفته نویسندگان، پیمایش‌هایی که رشد سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم را از نورشان استنباط می‌کنند ممکن است بخشی از این رشد را از دست بدهند.