Источник Геркулес Х-1 обнаружен

Что же находится в созвездии Геркулеса в том месте, откуда исходят рентгеновские импульсы? Спутник «Ухуру» мог определить положение источника лишь приблизительно. Как видно на рис. 10.7, в «область ошибки» попадало много звезд. Нет ли среди них такой, которая чем-либо выделяется среди остальных? Американский астроном Уильям Лиллер первым указал в этой области звезду, которая с 1936 г. значится в каталогах как переменная.

Рис. 10.7. Участок звездного неба, где был открыт источник Геркулес Х-1. Неприметная переменная звезда Хоффмейстера отмечена стрелкой.

И снова мы встречаемся с тем молодым лавочником, которому Гартвиг во время первой мировой войны позволил работать в Бамбергской обсерватории. В 1936 г. Гуно Хоффмейстер определил по снимкам звездного неба, что одна из звезд в области созвездия Геркулеса является переменной. Хоффмейстер давно уже защитил диссертацию, имел собственную обсерваторию, построенную частично на его личные средства, и вел систематический поиск переменных звезд. За свою жизнь он открыл их многие тысячи. Звезда в созвездии Геркулеса не представляла собой ничего особенного. Хоффмейстер не смог установить, подчиняется ли изменение яркости звезды простой закономерности, является ли оно периодическим. Когда он позднее следил за звездой еще несколько ночей, ему показалось, что изменения яркости вообще прекратились. В каталоги эта звезда вошла как HZ Геркулеса 1936, и никто не уделял ей особого внимания. Теперь же, когда эта звезда оказалась в окрестности вновь открытого рентгеновского источника, интерес к ней пробудился. Поскольку период обращения рентгеновского источника составлял 1,70017 суток, возникал вопрос, не изменяется ли яркость звезды Хоффмейстера с таким же периодом. Летом 1972 г. Джон и Нета Бакалл, проводя измерения в Тель-Авивской обсерватории, обнаружили, что период изменения яркости звезды Хоффмейстера имеет в точности такую величину.

Таким образом, видимая звезда и рентгеновский источник оказались как-то связанными между собой. Блеск звезды ослабевал, когда рентгеновские импульсы исчезали, т. е. когда источник находился позади звезды. Он усиливался, когда источник, если смотреть от нас, находился перед звездой (рис. 10.8). Причина такого изменения яркости понятна. Когда рентгеновский источник находится перед звездой, обращенная к нам сторона звезды нагревается из-за интенсивного рентгеновского облучения и становится более яркой. Когда же источник находится позади звезды, он нагревает невидимую для нас ее сторону. Если не считать этого эффекта, звезда является нормальной звездой главной последовательности с массой, равной двум солнечным.

Рис. 10.8. Блеск переменной звезды Хоффмейстера HZ Геркулеса периодически усиливался и ослаблялся (красная кривая). На схемах показаны взаимные положения звезды (серый кружок) и рентгеновского источника (черная точка), соответствующие максимуму и минимуму блеска. Когда для нас источник находится перед звездой, обращенная к нам ее сторона нагревается источником и становится ярче. Когда источник заходит за звезду, мы видим ее «нормальную», не разогретую источником сторону, и блеск ослабевает.

Почему же такой опытный наблюдатель как Хоффмейстер позднее счел звезду не переменной? На хранящихся в архивах старых снимках звездного неба можно увидеть, что изменение блеска звезды иногда прекращалось на целые годы. Что же, рентгеновский источник перестает нагревать ее? Может быть, в это время рентгеновский источник выключается? С того времени, как спутник «Ухуру» открыл рентгеновский источник, видимая HZ Геркулеса все время изменяет свой блеск в соответствии с периодом обращения. Но настанет, возможно, время, когда блеск ее снова на несколько лет станет постоянным. Тогда мы увидим, как будет вести себя рентгеновский источник.[25]

Рентгеновские звезды малы

Совершенно иначе ведет себя источник Лебедь Х-1 в созвездии Лебедя. Он посылает не периодические импульсы, а резко и непредсказуемо изменяет свою интенсивность.

Кроме того, интенсивность изменяется на протяжении месяцев. В том же участке неба находится переменный радиоисточник. Изменения его интенсивности в точности следуют изменениям рентгеновского источника: когда интенсивность рентгеновского источника меняется, меняется и интенсивность радиоизлучения; когда радиоисточник молчит, молчит и рентгеновский источник. Поэтому речь идет, скорее всего, об одном и том же объекте. В последние годы радиоастрономы разработали методы очень точного определения координат радиоисточников. Соответственно и положение рентгеновского источника известно настолько точно, что его удалось отождествить с видимой звездой. Эта звезда также входит в двойную систему. Конечно, увидеть каждую из двух звезд по отдельности невозможно — видна только одна звезда, но по доплеровскому смещению спектра (см. приложение А) можно узнать, что звезда обращается вокруг центра масс системы с периодом 5,6 суток, как и ее спутник, которым, по всей вероятности, является рентгеновская звезда!

Некоторые рентгеновские источники появляются на короткое время и потом исчезают. Источник Центавр Х-4 излучал очень недолго: он давал импульсы с интервалом 6,7 минуты и через несколько дней исчез.

Как же укладываются рентгеновские источники в наши представления о процессах, происходящих во Вселенной? Скорее всего, это звездоподобные объекты. Но как звезда может испускать рентгеновское излучение? На поверхности самых горячих из известных нам звезд температура слишком низка для возникновения рентгеновского излучения. Излучение же разреженной горячей короны, окружающей некоторые звезды, как и у солнечной короны, является очень слабым.

Рентгеновские импульсы очень коротки. У источника Геркулес Х-1 максимум достигается меньше чем за четверть секунды. Нерегулярные изменения интенсивности источника Лебедь Х-1 происходят за сотые доли секунды.

Как уже говорилось в отношении пульсаров, из скорости изменения интенсивности можно сделать вывод о размерах излучающего объекта. Это справедливо и для видимого света, и для радиоизлучения, и равным образом для рентгеновского излучения источников, открытых спутником «Ухуру».

Например, для источника Лебедь Х-1, у которого изменения интенсивности происходят за сотую долю секунды, рентгеновское излучение должно исходить из области, размеры которой не превышают отрезка, проходимого светом за 1/100 секунды. А это меньше 10 000 километров, меньше сотой доли солнечного радиуса. Речь идет, таким образом, об очень малых объектах, которые тем не менее излучают в тысячу раз больше энергии, чем Солнце. Об их малых размерах говорит и резкий характер затмений источника Геркулес Х-1: заходя за звезду, источник сразу пропадает.

Коль скоро рентгеновские источники так малы, можно предположить, что здесь как-то замешаны белые карлики или нейтронные звезды. Это предположение позволяет к тому же объяснить появление рентгеновского излучения. В начале главы мы уже говорили, что для возникновения рентгеновского излучения нужна температура в миллионы градусов. А когда вещество падает на белый карлик или тем более на нейтронную звезду, то оно из-за огромного ускорения силы тяжести попадает на поверхность звезды с такой скоростью, что при его торможении легко может развиваться температура в несколько миллионов градусов. Этим вполне естественно объясняется происхождение рентгеновского излучения. Но откуда берется вещество, которое с огромной скоростью «проливается» на поверхность белого карлика или нейтронной звезды? Связано ли это с тем, что большинство рентгеновских звезд, а возможно и все, входят в состав двойных систем? Если нормальная звезда и белый карлик (нейтронная звезда) образуют двойную систему и нормальная звезда, подобно Солнцу и многим другим звездам, выбрасывает в пространство вещество, то часть этого вещества будет захвачена гравитационным полем спутника. Захваченное вещество будет падать на поверхность спутника и при этом нагреваться до такой степени, что возникнет рентгеновское излучение (рис. 10.9).

Рис. 10.9. Возникновение рентгеновского излучения в двойной системе. От звезды (красный круг), идет звездный ветер, направление которого показано черными стрелками. Обращающаяся вокруг главной звезды нейтронная звезда (или белый карлик) захватывает часть вещества, и под действием гравитации оно с большой скоростью падает на ее поверхность. При ударе вещество нагревается до такой степени, что начинает испускать рентгеновские лучи.