Долгопериодические переменные звезды

В то время как астрофизики обрабатывают информацию, полученную от цефеид и переменных звезд типа RR Лиры, астрономы-любители наслаждаются наблюдением долгопериодических переменных звезд, так называемых переменных звезд типа Мира Кита. Мира — это другое название звезды Омикрон Кита (ο Кита), первой известной звезды данного типа.

Переменные звезды типа Миры Кита пульсируют, как цефеиды, но у них намного большие периоды изменения блеска, в среднем 10 месяцев и больше, и, кроме того, у них больше амплитуда изменения блеска. Когда блеск Миры Кита достигает максимального значения, ее можно увидеть невооруженным глазом, а когда блеск минимален, необходим телескоп. Изменение блеска долгопериодических звезд также происходит гораздо нерегулярнее, чем у цефеид. Максимальная звездная величина, которой достигает некоторая звезда, может очень сильно меняться от одного периода к другому. Наблюдения таких звезд, проводить которые совсем нетрудно, позволяют ученым получить важную научную информацию. И вы тоже можете внести свой вклад в исследование переменных звезд (более подробно я расскажу об этом в последнем разделе данной главы).

 

Вспыхивающие звезды

 

Вспыхивающие звезды — это маленькие красные карлики, на которых происходят сильные взрывы, подобные вспышкам на Солнце, но только более мощные. Большинство вспышек на Солнце нельзя увидеть без помощи специальных цветных фильтров, поскольку свет от вспышки — это всего лишь крохотная доля общего света Солнца. Только очень редкие крупные вспышки "белого света" можно увидеть на Солнце без специального фильтра. (Но по-прежнему необходимо использовать метод проекции или фильтр для безопасного наблюдения, о чем подробно говорилось в главе 10.) Но взрывы на вспыхивающих звездах настолько яркие, что при этом заметно изменяется звездная величина звезды в целом. Не для всех красных карликов характерны эти частые взрывы, но, например, Проксима Центавра, ближайшая к нашему Солнцу звезда, — вспыхивающая.

 

 

Взрывные звезды: сверхновые и катастрофические переменные

 

Взрывы новых и сверхновых звезд настолько сильны, что я не хочу смешивать их со вспыхивающими звездами.

 

Новые звезды

Новые звезды взрываются после постепенного накопления вещества на белом карлике, входящем в состав двойной звездной системы, как на сверхновых типа Iа, о которых уже говорилось в этой главе. Но только в данном случае белый карлик не разрушается. Во время взрыва он просто сбрасывает накопившуюся верхнюю оболочку, затем возвращается в первоначальное "спокойное" состояние и снова начинает получать вещество от своего "партнера" по двойной системе, накапливая его на поверхности. Мощная гравитация белого карлика сжимает и нагревает этот поверхностный слой и по прошествии столетий или тысячелетий снова сбрасывает его! По крайней мере теория именно такова. Увы, еще никому не удавалось прожить так долго, чтобы дважды увидеть взрыв обычной, или классической, новой звезды. Но существуют аналогичные двойные системы, взрывы в которых не такие мощные, как у классических новых звезд, но зато они повторяются достаточно часто, так что астрономы-любители могут наблюдать за ними, объявить об открытии нового взрыва и вдохновить профессиональных астрономов на изучение данного явления. Эти объекты известны под разными названиями, такими как карликовая новая звезда (dwarf nova) и системы типа AM Геркулеса [36] (AM Herculis systems).

Классические новые звезды, карликовые новые звезды и подобные им объекты имеют собирательное название катастрофические переменные звезды (cataclysmic variables).

Существуют достаточно яркие новые звезды, которые можно увидеть невооруженным глазом примерно раз в 10 лет (± пару лет). Я изучал одну такую из созвездия Геркулеса во время работы над докторской диссертацией в 1963 году. Если бы она не взорвалась как раз в нужный момент, то, возможно, мне пришлось бы искать другую тему диссертации. А совсем недавно, в 1999 году, астрономы обнаружили яркую новую звезду в созвездии Парусов.

 

Сверхновые звезды

Сверхновые звезды, взрываясь, выбрасывают в космическое пространство большую часть своей массы. Из этого вещества формируется туманность, называемая остатками сверхновой (supernova remnants), и эти остатки на огромной скорости разлетаются во всех направлениях (рис. 11.5). Туманность сначала состоит из вещества взорвавшейся звезды, но никак не из вещества того, что после нее осталось, т. е. центрального объекта, будь то нейтронная звезда или черная дыра. Но по мере перемещения в космическом пространстве эта туманность подбирает по пути межзвездный газ, точно так же как лопасть снегоочистителя собирает снег. Так что через несколько тысяч лет остатки сверхновой состоят из собранного по пути газа в большей степени, чем из осколков взорвавшейся звезды.

 

 

Рис. 11.5. Часть Петли Лебедя, остатка сверхновой

Фотография любезно предоставлена NASA

 

 

Сверхновые звезды невероятно яркие, но это довольно редкое явление. По оценкам астрономов, в галактике Млечный Путь сверхновая появляется каждые 25-100 лет, но мы не были свидетелями вспышки сверхновой в своей родной галактике со времени Звезды Кеплера в 1604 году, еще до изобретения телескопа. Вероятно, были и другие случаи, но вспышки скрывали пылевые облака галактики. Огромная южная звезда η Киля выглядит так, как будто она вот-вот станет сверхновой галактики Млечный Путь. Но имейте в виду, что "вот-вот" на языке астрономов означает, она может взорваться в любой момент — в пределах следующего миллиона лет.

 

Затменно-двойные звезды

 

Затменно-двойные звезды — это двойные системы, блеск которых не меняется (если только одна из двух звезд не окажется пульсирующей, вспыхивающей или переменной звездой другого типа), но которые наблюдателю на Земле кажутся переменными звездами. Причина в том, что орбитальная плоскость этой системы — т. е. плоскость, в которой лежат орбиты обеих звезд двойной системы, — ориентирована таким образом, что в ней лежит также линия прямой видимости двойной системы с Земли.

 

Если орбитальные периоды обеих звезд двойной системы равны 4 дням, то каждые 4 дня более массивная звезда этой системы, обычно называемая "А", проходит прямо перед другой звездой, с точки зрения наблюдателя с Земли. Это преграждает путь к нам всему свету или большей его части, идущему от звезды "В" (в зависимости от того, звезда "В" больше или меньше звезды "А"; иногда менее массивная звезда больше своего более тяжелого партнера), поэтому двойная звезда выглядит более тусклой. Такое явление называется звездным затмением. А спустя 2 дня после этого затмения звезда "В" пройдет перед звездой "А", и снова произойдет затмение.

 

В разделе "Двойные и кратные звезды" я упоминал о том, как с помощью орбитальных скоростей оценить массы звезд. Оказывается, таким способом можно также узнать диаметры звезд. Анализируя спектр, ученые определяют, насколько быстро звезды движутся по орбите, с помощью эффекта Допплера. Можно измерить также продолжительность затмений в затменно-двойных системах. Затмение звезды "В" начинается, когда ведущий край звезды "А" начнет проходить перед ней. А закончится оно, когда ведомый край звезды "А" закончит прохождение перед звездой "В". Поэтому, умножив орбитальную скорость на продолжительность затмения, получим размеры звезды "А". Замечу, что во всех этих методах детали несколько сложны, но основные принципы можно понять без труда.

Самая знаменитая затменно-двойная звезда — это Бета Персея (β Персея), известная также как Алголь, или Звезда Демона (Глаз Дьявола).

Если вы живете в Северном полушарии, то, наблюдая затмения Алголя, получите массу удовольствия. Это яркая звезда, расположенная в небе так, что ее очень удобно наблюдать осенью в небе Северного полушария. Ее затмения можно увидеть без телескопа и даже без бинокля. Каждые 2 дня и 21 час блеск Алголя примерно на 2 часа снижается на значение чуть больше одной звездной величины — больше, чем в 2,5 раза. Но нужно знать, когда наблюдать это затмение. Нельзя же торчать на улице почти три дня. Поэтому постарайтесь найти информацию об этом в астрономических журналах или на Web-сайтах.

Минимум (minima) — это время, когда переменные звезды достигают наименьшего блеска в текущем цикле, а максимум (maxima) — время, когда блеск достигает наибольшего значения.

 

Микролинзирование

 

 

Иногда звезда, которая находится далеко от Земли, проходит точно перед другой звездой, которая находится еще дальше. Эти две звезды совершенно не связаны, и могут быть на расстоянии тысяч световых лет одна от другой. Но гравитация звезды, проходящей впереди, искривляет лучи света, идущие от звезды сзади, так что эта далекая звезда в течение нескольких дней или недель кажется нам, на Земле, гораздо более яркой. Этот эффект следует из общей теории относительности Эйнштейна и действительно подтверждается практикой, так как регулярно наблюдается. Он называется гравитационным линзированием (gravitational lensing). Когда "линза" или тело, гравитация которого искривляет световые лучи, — это просто звезда, данный эффект называют микролинзированием (microlensing). А когда лучи искривляет гравитация целой галактики или еще более масштабного объекта, то слово линзирование (lensing) употребляют без приставки "микро".

 

Вы, наверное, думаете: очень маловероятно, чтобы две никак не связанные между собой звезды идеально выравнивались на одной линии с Землей, и вы правы! Поздравляю вас, прекрасная мысль. Чтобы регулярно обнаруживать такое редкое явление, астрономы используют цифровые фотоаппараты для телескопов, которые могут снимать от сотен тысяч до миллионов звезд одновременно. Когда под наблюдением находится так много звезд, какая-нибудь звезда на переднем плане время от времени проходит перед одной из них, хотя мы даже не знаем, перед какой.

Все дело в том, чтобы направить телескоп в район неба, где в поле зрения одновременно находится огромное количество звезд. К таким районам относятся Большое Магелланово Облако (ближайшая галактика к Млечному Пути) и центральная выпуклость самого Млечного Пути, где находится целое море звезд.

 

 

Наши звездные coceди

 

Я уже упоминал о Проксиме Центавра, ближайшей к нашему Солнцу звезде. Это третья, или самая внешняя, звезда тройной звездной системы Альфа Центавра.

 

Альфа Центавра — яркая звезда южного созвездия Центавра (рис. 11.6). Это звезда типа G, карлик главной последовательности; ее цвет почти такой же, как у Солнца, но она немного ярче.

 

Оранжевый партнер Альфы Центавра — карлик под названием Альфа Центавра В, который чуть меньше и холоднее.

 

Маленький красный карлик и одновременно вспыхивающая звезда — это Альфа Центавра С, которая называется Проксима.

 

Рис. 11.6. Альфа Центавра светит в далеком южном небе

 

 

Система Альфа Центавра находится на расстоянии примерно 4,4 световых года от Земли, а ближайшая к нам Проксима — на расстоянии примерно 4,2 световых года.

Сириус — самая яркая звезда в ночном небе. Его официальное название — Альфа Большого Пса (рис. 11.7), т. е. он находится в созвездии Большого Пса. Сириус, который расположен чуть южнее небесного экватора, легко увидеть из большинства населенных пунктов Земли, хотя он находится на расстоянии 8,5 световых года. Это белая звезда типа А главной последовательности. Сириус настолько ярок, что люди часто спрашивают друг друга: "Что это за большая звезда?"

 

Рис. 11.7. Сириус — хозяин положения в созвездии Большого Пса

 

 

Как у большинства звезд, если не считать Солнца, у Сириуса есть партнер, белый карлик Сириус В. Сириус называют еще Собачьей звездой, и когда был обнаружен его маленький партнер Сириус В, то его совершенно естественно назвали "Щенком".

 

Существует легенда и некоторые письменные источники (их можно трактовать по-разному), в которых говорится о том, что несколько тысяч лет назад Сириус выглядел красной звездой. Но несмотря на приложенные усилия, астрофизикам не удалось объяснить этот цвет с точки зрения известных физических процессов, поэтому обычно мы говорим, что этого не было.

 

Вега — это Альфа Лиры, т. е. самая яркая звезда в созвездии Лиры. В умеренных северных широтах летними ночами она видна высоко в небе. Это звезда, которую каждый уважающий себя астроном-любитель знает как свои пять пальцев. Находящаяся на расстоянии примерно 26 световых лет от Земли, эта сверкающая белая звезда считается одной из самых ярких звезд на небе.

Бетельгейзе находится не совсем в окрестностях Солнца, поскольку до нее почти 500 световых лет. Но, тем не менее, всем знакомо ее название, и наблюдающие ее наслаждаются ее насыщенным красным цветом. Это красный сверхгигант, который примерно в 50 тысяч раз ярче Солнца. Хотя Бетельгейзе — это, формально, Альфа Ориона, самой яркой звездой созвездия Ориона считается Ригель (Бета Ориона).