Переменные звезды

Так называют звезды, которые меняют свой блеск, становясь то ярче, то слабее.

В 1784 году девятнадцати летний наблюдатель — голландец Джон Гудрайк, получивший образование в Англии, представил в Лондонское королевское общество обстоятельное исследование изменения блеска звезды Дельты Цефея. Регулярно с периодом в 5 суток 8 часов 52 минуты и 48 секунд Дельта Цефея меняла свой блеск.

Джон Гудрайк заслуживает того, чтобы о нем рассказать подробнее. Еще ребенком он заметно отличался от своих сверстников. Маленький Джон почти всегда был один. Молчаливо, сосредоточенно, не обращая внимания на кипевшую вокруг него жизнь, занимался он своими делами. Горестно качали головами родители. Мальчик был глухонемым от рождения... И все-таки он получил блестящее образование, стал астрономом. Уже с 17 лет его имя было известно всем серьезным астрономам того времени. К сожалению, молодой ученый умер, когда ему только-только исполнился 21 год.

Фактически Гудрайк открыл новый обширный класс переменных звезд. В честь первой представительницы этого семейства аналогичные звезды, открытые позже, стали также называться «цефеидами».

Когда для исследования Дельты Цефея применили спектральный анализ, оказалось, что с изменением блеска меняется и спектральный класс светила. Почему? Может быть, причиной колебаний блеска служит темный спутник, обращающийся вокруг основной звезды? Такую идею выдвинул в свое время А. Белопольский. Но скоро профессор Московского университета, физик и математик Николай Алексеевич Умов, предложил другую гипотезу: считать цефеиды пульсирующими звездами. Математическая модель звезды, построенная русским математиком, была сделана настолько изящно и убедительно, что сейчас теория пульсаций принята для цефеид повсеместно.

Современная наука представляет себе эти звезды в виде пульсирующих раскаленных газовых шаров, которые, сжимаясь, разогреваются и увеличивают свой блеск. Потом же, когда наступает фаза расширения, температура звезды падает и, несмотря на то что объем ее увеличивается, блеск ослабевает.

Цефеиды — чрезвычайно важные небесные объекты. В 1912 году сотрудница Гарвардской обсерватории мисс Ливитт установила: чем больше период пульсации цефеиды, тем выше ее светимость. Эта фундаментальная зависимость дала в руки астрономам могучее оружие. По периоду пульсации люди смогли определить светимость, а следовательно, и расстояние до звезды. Это — один из самых мощных методов определения расстояний не столько до звезд, сколько до удаленных галактик. Астрономы стараются отыскать цефеиды в туманных пятнышках далеких звездных архипелагов. И когда это удается, расстояние до чужой галактики у них «в кармане».

Цефеиды относятся к звездам-гигантам и сверхгигантам. Блеск их нарастает быстро, достигает максимума и медленно спадает. Самый короткий период имеет звезда SX Феникса. Он равен всего восьмидесяти минутам.

Вы, наверное, обратили внимание на необычное обозначение звезды — двумя буквами латинского алфавита. В каждом созвездии переменные звезды обозначаются латинскими буквами от R до Z. Но звезд так много, что букв не хватает и приходится обозначать переменные звезды еще и комбинацией двух букв. Кроме того, к каждому обозначению прибавляется индекс созвездия из трех латинских букв.

Например: звезда S из созвездия Киль (Carina) обозначается S Car, а звезда RT из созвездия Персея — RT Per.

Цефеиды — представительницы лишь одного класса из десяти, охватывающих все разнообразие переменных звезд.

Интересна и история звезды Омикрон из созвездия Кита, также давшей название обширному классу переменных светил.

13 августа 1596 года наблюдатель Давид Фабрициус заметил «на шее Кита» звезду третьей величины, которой не было ни в одном из старых каталогов. Два месяца наблюдал ее Фабрициус с помощью угломерных инструментов, как вдруг осенью в октябре она исчезла. Затем время от времени ее удавалось наблюдать другим астрономам, причем каждый видел ее всегда разной величины. Так продолжалось до тех пор, пока Ян Гевелий в течение пятнадцати лет не произвел тщательных наблюдений этого переменного светила и не опубликовал рассказ о его изменениях. Период колебания Омикрона Кита (как назвал ее составитель звездного атласа Байер), равнялся примерно 333 суткам. Большую часть этого времени звезда не видна невооруженным глазом, так как имеет примерно десятую звездную величину. Лишь через пять месяцев глаз начинает с трудом замечать крохотную искорку на заданном месте. Искорка разгорается и за три месяца достигает второй звездной величины. Затем, продержавшись пятнадцать дней во всей своей красоте, начинает так же не торопясь угасать и через три месяца снова скрывается. Восхищенный Гевелий назвал ее Мирой, что в переводе с латинского означало «дивная» или «удивительная». В те времена считалось, что звезды вечны и неизменны, и потому таинственное исчезновение и возникновение Омикрона Кита было поистине дивом дивным.

Спектры мирид, как часто называют похожие на Миру звезды, принадлежат к поздним классам M, N, R и S. Все это гиганты и сверхгиганты, чуждые племени нашего Солнца и остальных звезд главной последовательности. И до сего дня механизм изменения блеска мирид неизвестен ученым. До сих пор мириды — загадки. Среди переменных звезд есть такие, которые вспыхивают правильно, словно внутри у них спрятан часовой механизм. А есть и такие, которые меняют свой блеск, ничуть не стремясь при этом поглядывать на часы.

Вспышка новой в созвездии Орла

Но самыми интересными среди беспокойных светил являются, конечно, новые и сверхновые звезды. Новыми называют звезды, которые вспыхивают так ярко, что их блеск за короткий промежуток времени возрастает в сотни, тысячи и даже миллионы раз. Звезда не только вспыхивает, она раздувается, увеличивая свой объем. Так, например, Новая Живописца, вспыхнувшая в 1925 году, через несколько дней раздулась, достигнув диаметра в 600 миллионов километров. Это больше, чем орбита Марса!

В момент максимума своего блеска звезда как бы сбрасывает газовую оболочку, которая продолжает расширяться и в конце концов рассеивается в пространстве. Само же светило возвращается к своему первоначальному состоянию, чтобы, набравшись сил, снова вспыхнуть и снова отдать часть своей газовой оболочки окружающей среде.

За последние 60 лет в нашей звездной системе таких звезд открыто более 150.

Когда наблюдатель Гартман увидел вспышку новой — в созвездии Рыбы в 1925 году, он послал телеграмму в Центральное бюро астрономических сообщений. В телеграмме была фраза, как нельзя лучше и кратко объясняющая впечатления от процесса вспышки: «Звезда раздувается и лопается», — писал Гартман. Почему, в результате каких реакций происходит вспышка новой? Окончательного ответа пока у астрономов нет. Скорее всего, в неглубоких слоях вблизи поверхности звезды начинаются ядерные реакции. Накопленная энергия высвобождается взрывом, подобным взрыву гигантской водородной сверхбомбы. За несколько дней новая выделяет столько энергии, сколько наше Солнце излучает за десять тысяч, а то и сто тысяч лет.

Но еще грандиознее взрывы сверхновых. Так называют светила, в жизни которых происходит катастрофа. Вспышка сверхновой может произойти лишь раз за всю историю звезды. Глубоко внутри зарождается взрыв. Взрывная волна пробивается к поверхности светила и вырывается наружу, разбрасывая материю со скоростью до 600 км/сек. Звезда не просто «распухает» — она разлетается вдребезги. В период наибольшего блеска сверхновые светят в миллиарды раз ярче обыкновенных звезд. Блеск такой звезды можно сравнить с блеском целой галактики. Немудрено, что в истории сохраняются упоминания о подобных вспышках. Одна из них, по-видимому, произошла в 369 году нашей эры в созвездии Кассиопеи. До нас дошли упоминания древних хроник. Сейчас от звезды осталось лишь слабое туманное кольцо. Правда, с этой слабой туманностью совпадает самый мощный, из всех известных, источник радиоизлучения. И потому сказать, что последствия вспышки к нашему времени бесследно исчезли, никак нельзя.

Вторая сверхновая, неточные сведения о которой дошли до нас, вспыхнула в 1054 году в созвездии Тельца.

«Звезда-гостья», как назвали ее китайские наблюдатели, достигла такого блеска, что в течение месяца была видна даже днем. А потом почти два года ее можно было еще отыскать невооруженным глазом среди остальных звезд, пока не пропала бесследно. После сверхновой 1054 года осталась медленно расширяющаяся туманность, которую современные астрономы называют Крабовидной, или более фамильярно — Крабом. И оттуда тоже летят во все стороны мощные волны радиоизлучения, принимаемые радиотелескопами Земли.

Полностью достоверные сведения плюс многочисленные подробности сохранились о вспышках сверхновых, начиная с шестнадцатого века. 11 ноября 1572 года двадцатишестилетний Тихо Браге вернулся из путешествия по Германии. Он остановился в старинном монастыре, который стоял на земле, принадлежавшей его дяде Георгу. Поздно вечером, после обильной монастырской трапезы, астроном по привычке вышел во двор, чтобы осмотреть перед сном небосвод. Делал он это всегда, при любой возможности, и вид неизменного звездного неба был ему давно и хорошо знаком. Однако в этот вечер, к своему удивлению, он заметил возле точки зенита в созвездии Кассиопеи новую яркую звезду, которую никогда не замечал ранее. Тихо не хотел верить глазам. Он ничего не знал о вспышках сверхновых прошлых эпох и, как все, считал божественный мир звезд вечным и неизменным. И вдруг оказалось, что в нем происходят перемены. Да какие! Шли дни. Звезда разгоралась. Блеск ее стал таким ярким, что сравнялся с блеском Венеры. Наконец дело дошло до того, что люди стали видеть ее днем. Стало страшно! Обыватели восприняли появление звезды как предупреждение о конце света. Многие готовились к смерти и страшному суду. Как на грех, в Европе случился в тот год неурожай, а следом за голодом пришли эпидемии. Дни и ночи горели в соборах свечи, люди на коленях молили бога о пощаде, окуривая ладаном потемневшие от времени, безразличные лики святых. Хорошо, что это испытание ужасом продолжалось недолго. Не прошло и месяца, как «страшная» звезда заметно потеряла свой блеск, перестала выделяться на общем фоне, а потом и вовсе исчезла. Однако люди ее не забыли. Знаменитый уранограф Иоганн Байер, пользуясь свежими воспоминаниями и расчетами Тихо Браге, нанес напугавшее всех светило на звездные карты своего атласа, нарисовав его в спинке трона Кассиопеи.

Сейчас на месте «Stella Nova» Тихо Браге, или SN 1572, по современному обозначению, лишь слабая туманность, излучающая радиоволны.

В 1604 году преемник Тихо Браге на должности королевского математика при дворе Рудольфа II Иоганн Кеплер увидел вблизи Юпитера, Сатурна и Марса, соединившихся в «огненном знаке Стрельца», яркую вспыхнувшую звезду. Кеплер внимательно проследил весь цикл изменения блеска светила. И в 1606 году, после ее исчезновения, написал целое сочинение, посвященное как физической сущности явления, так и его астрологическому толкованию.

В XX столетии долгое время велись споры, является ли звезда Кеплера, вспыхнувшая в созвездии Змееносца, сверхновой. Если да, то после нее должна остаться туманность. Но даже самые тщательные наблюдения никаких следов туманности не обнаружили. Лишь в 1943 году, когда окрестности места в Змееносце, указанного еще Кеплером, были сфотографированы на пластинку, чувствительную к красным лучам, слабая туманность все-таки обнаружилась. Звезда Кеплера была сверхновой и получила индекс SN 1604.

К сожалению, с момента изобретения телескопа в окрестностях нашей Галактики не вспыхивало ни одной сверхновой. Их видели в других галактиках. Сейчас даже существует международная служба сверхновых, в наблюдениях которой принимают участие многие ведущие обсерватории мира. Число сверхновых, наблюдавшихся до сего дня, уже перевалило за сотню. Но сюрпризы, заключенные в этом исключительно небесном явлении, еще далеко не исчерпаны. Мы не знаем причин вспышки. Нет уверенности в «механизме взрыва». Наконец, мы, как правило, можем лишь предполагать, что представляет собой и конечный пункт вспышки, то есть что остается после столь грандиозного катаклизма.