Астрономический сайт

Загадки земли и вселенной

Звездные пары

Звезды
Некоторые звёзды видны на небесной сфере буквально рядом друг с другом. Это, конечно, ещё не означает, что эти звёзды реально соседствуют в пространстве: они мот быть расположены почти в одном и том же направлении от нас, но на расстояниях, очень больших друг относительно друга. Тогда говорят об оптически двойных звездах. Но в мире звёзд существуют и реальные соседи, находящиеся близко друг к другу и движущиеся под действием взаимного тяготения. Это — физически двойные и кратные системы.
Вопрос о том, является ли видимая близость звёзд реальной или только кажущейся, может быть решён при помощи наблюдений. Наблюдая какую-нибудь звёздную пару в течение многих лет, иногда удаётся заметить изменение взаимного положения звёзд, связанное с их обращением вокруг общего центра.

Когда такие перемещения слишком медленны, используют другой способ: измеряют собственные движения звёзд пары, иными словами, изменение взаимного положения звёзд на небе, происходящее вследствие их движения в пространстве. Это очень маленькие величины, но современные приборы позволяют астрономам их измерять. Если собственные движения двух близких звёзд совпадают, считается, что звёзды образуют физическую систему, так как случайное совпадение их скоростей по величине и по направлению слишком маловероятно.

Полярная звезда
Полярная звезда

Именно этим способом удалось показать, что физической системой являются звёзды из «ручки» Ковша Большой Медведицы — Мицар и Алькор (их ещё называют Конь и Всадник). Это редкий пример двойной звезды, различимой невооружённым глазом. Впрочем, в телескоп видно, что и сам Мицар разделяется на две звездочки, а спектральные исследования показывают, что каждая из них тоже не является одиночной.

Полевой бинокль, зрительная труба, небольшой телескоп открывают взору сотни красивых звёздных пар: Лебедя (Альбирео) — большая оранжевая и маленькая ярко-голубая звёздочка; Гончих Псов (Сердце Карла) — желтая и фиолетовая; Скорпиона (Антарес) — красная и бирюзовая... Звёзд-одиночек вроде нашего Солнца (у него есть планеты, но нет звезды-спутника) в Галактике меньшинство.

Искусным первооткрывателем двойных звёзд, о котором пророчествовал Кеплер, стал Уильям Гершель. Он обнаружил тысячи звёздных пар и доказал в 1803 г., что это действительно близкие звёзды, связанные узами тяготения. В XIX в. основатель Пулковской обсерватории Василий Яковлевич Струве открыл и занёс в каталоги 3100 пар звёзд, а сегодня их известно уже более 70 тыс.

Двойной оказалась и ярчайшая звезда неба Сириус, Центавра – ближайшая соседка нашего Солнца — тройная звезда, золотистая Капелла состоит из четырёх жёлтых и красноватых звёзд, а Кастор в созвездии Близнецов — шестикратная звезда. Любая звёздная пара — это сестры-двойняшки. Так же, как солнца-одиночки, двойные и кратные звёзды сформировались из сгустков межзвёздного газа и пыли. Если газовое облако спокойно и «безветренно», то, сжимаясь под действием сил тяготения, падая само на себя, оно рождает одну звезду. Но обычно, как и все небесные тела, облако вращается и при этом клубится подобно облакам на Земле или на Юпитере. Вращательное движение препятствует прямому сжатию звезды, и образуется двойной, тройной «газоворот». Так рождается звёздная двойня, тройня...

Новорождённая пара звёзд, надёжно связанная силами притяжения, кружится около общего центра масс, словно танцевальная пара на льду. Расстояние между напарницами может быть очень разным. Так, между Мицаром и Алькором оно по меньшей мере в 20 тыс. раз превосходит расстояние от Земли до Солнца; время обращения этих звёзд — их год — составляет несколько миллионов земных лет. А некоторые звёзды кружат совсем рядом, завершая год за считанные минуты. Тесные пары даже в самый большой телескоп сливаются в точку, но о том, что звезда двойная, можно иногда узнать другими способами, например по анализу спектра. Время обращения пары звёзд зависит не только от расстояния, но и от их масс. Чем массивнее звёзды, тем быстрее кружение. Кстати, наблюдение за движением пары — это пока единственный прямой способ «взвесить» звёзды.

Вращение звёзд в паре наиболее устойчиво. И если слишком близко к ним оказывается третья, то совместными гравитационными усилиями парочка отшвыривает чужака чаще всего прочь и навсегда, реже — на более далёкую орбиту. «Третий должен уйти!» Поэтому в тройных звёздах третья всегда далеко отстоит от пары. Когда же больше трех звёзд входят в одну систему, то они, как правило, объединяются по парам. К примеру, две широко разнесённые пары образуют четверную систему Лиры. А если такую четвёрку на большом расстоянии обходит ещё одна тесная пара, то складывается (как в случае Кастора) шестикратная система.

«Похожи как близнецы» — это выражение часто совсем не подходит для двойных и кратных звёзд. Нередко напарницы различны не только по цвету (а значит, по температуре), но и по размерам. Так, вокруг ярко-красного исполина Антареса, в 500 раз превосходящего Солнце по диаметру, кружит ослепительно-голубая звезда втрое меньше Солнца, а ярче его почти в 20 раз. Но самое любопытное то, что красный гигант — это стадия звёздной старости, а голубая звезда ещё молодая! Хороши же близнецы! И тем не менее Антарес А и Антарес В — сестры-ровесницы, только от рождения им досталась разная масса. Антарес А в 18 раз массивнее Солнца, а Антарес В — в 6 раз. Обе звезды одновременно зажглись, включили свои водородные термоядерные печки, но массивная звезда горит гораздо интенсивнее, потому что температура и давление в её ядре-топке выше, чем у сестры. Хотя запас горючего ей был отпущен втрое больший, звезда Антарес А уже практически отгорела, и скоро наступит её конец: она превратится в нейтронную звезду или даже в чёрную дыру. А вот Антарес В, который расходует своё ядерное топливо скупее, будет светить ещё сотни тысяч лет.

Звездная пара Сириус А и Сириус В в созвездии Большого Пса
Звездная пара Сириус А и Сириус В в созвездии Большого Пса

В Галактике много таких пар, где одна из звезд уже состарилась, а другая ещё полна сил. Например, Сириус из созвездия Большого Пса. Сириус А — нормальная белая звезда, почти вдвое больше и в 20 раз ярче Солнца. А его спутник — Сириус В (астрономы дали ему прозвище Щенок за то, что он в 10 тыс. раз слабее Сириуса А) — отгоревшая звезда. Но раньше, когда в Сириусе В горел водород, он тоже был нормальной звездой, более массивной, чем Сириус А. Он был потрясающе ярок, и неизвестно, какую из них люди назвали бы Щенком, если бы они тогда жили на Земле!

Тесные пары звёзд очень интересны и чрезвычайно загадочны. Прежде всего, потому, что их двойственность не видна ни в один телескоп. Звезда Персея с давних пор получила настораживающее название Алголь, что по-арабски значит «звезда дьявола», — не потому ли, что переменная? Двое с половиной суток Алголь светит ровно, не меняясь, но потом звезда быстро меркнет, а через пару часов так же быстро разгорается. Каждые 68 ч 49 мин падение блеска повторяется вновь и вновь. Причина изменения яркости Алголя теперь понятна. Алголь — двойная система. Вокруг большой голубоватой звезды светимостью 250 солнц движется оранжевая звезда внушительных размеров, но более тусклая. Орбита оранжевой звезды расположена так, что, пробегая периодически между главной звездой и нами, она затмевает голубую — и Алголь меркнет. Открыто много таких затменно-переменных звёзд, или алголей. Но Алголь среди них самая заметная.

Рисунок двойной звезды

А теперь присмотримся к этой паре повнимательнее. Какая из звёзд массивнее? Голубая, конечно, ведь вокруг неё обращается тусклый гигант. А какая из звёзд дальше ушла по жизни? Оранжевая — у неё идёт «старческое распухание». Парочки Алголя похожа на Антарес, но здесь всё «не как у людей». Как же получилось, что лёгкая звезда состарилась раньше массивной? Ответ даёт другая пара — затменно-переменная звезда Шелиак, или Лиры. Звезды Шелиака не шары. Силами взаимного притяжения они вытянуты навстречу друг другу. Миниатюрная желтоватая «дынька» кружит около громадной голубоватой «груши». Но самое удивительное в том, что с макушки груши к дыньке непрерывно течет мощная струя газа. Ну, кто еще в пустынной Галактике, кроме родной сестры, поделится с тобой звёздной пищей? Жаль, конечно, что большая часть струи отклоняется в сторону, мимо дыньки, замыкая огромное кольцо вокруг пары звёзд. Газовый «бублик» быстро рассеялся бы, если бы его не питали новые и новые потоки газа.

Сброс вещества звезды — явление кратковременное, как выброс закипающего молока из кастрюли. Массивная звезда под старость словно закипает, вздувается, как молочная пена, а тут рядом сестрица со своим притяжением успевает что-то слизнуть. Так вот, в паре Алголя всё уже «откипело», и сосунок превратился в главную звезду, а кормилица — в спутник. Конечно, можно сбросить массу, но разве сбросить старость?

Бета Лира (рисунок)
Бета Лира (рисунок)

Будь Сириус А чуть постарше, а Щенок к нему поближе, человеку раз в жизни доводилось бы видеть поразительное небесное зрелище — близкую вспышку новой звезды. Вообразите, что за две-три ночи Сириус на наших глазах разгорается в сотни тысяч раз и светит как десять полных лун, превращая ночь в жуткие беззвёздные сумерки, а днём, сверкая при свете Солнца. И потом года полтора-два он медленно возвращается к норме. «Новая звезда» — условное название природной водородной бомбы. Когда нормальная звезда много лет льёт водород на раскалённый добела карлик, всё остаётся без последствий только до поры. Через 50, 100 или даже 200 лет готовая водородная бомба взрывается, разбрасывая часть газа, после чего многоразовое ядерное устройство вновь становится на подзарядку водородом. Наверное, всё-таки хорошо для нас, что среди близких звёзд (а до Сириуса только 9 световых лет) нет такой петарды. Зато раз десять в столетие земляне даже невооружённым глазом наблюдают вспышки далёких новых звёзд. Последний раз такая новая была обнаружена в 1975 г. в созвездии Лебедя.

Самый интересный пример тесной двойной системы — обыкновенная звезда и чёрная дыра. Представьте себе: массивная звезда отсветила своё и в конце жизни сколлапсировала; но превратилась не в белый карлик размером с Землю (как Щенок), не в нейтронную звезду радиусом 10 км, а сжалась, уплотнилась до размера всего в несколько километров. Спрессовалось не только вещество звезды, напряглась и сила её притяжения. Тяготение её столь велико, что даже самые быстрые частицы Вселенной — фотоны (частицы света или другого излучения) — не в силах покинуть чёрную дыру. Поэтому дыра не светит и ничего не излучает. Её будто и нет, она полностью замаскировалась.

Но за пределами чёрной дыры простирается мощное поле её тяготения. И если чёрная дыра образовалась в паре с другой звездой, то последняя будет выдавать присутствие дыры своим движением, обращаясь словно бы вокруг пустого места. Когда с возрастом вторая звезда распухнет и начнёт истекать газом, дыра потянет газ на себя и вокруг неё вспыхнет рентгеновский источник.

Падая в дыру по спирали со скоростью, близкой к скорости света, газ образует вокруг неё крутящийся диск, разогретый трением настолько, что он излучает рентгеновские лучи. Следовательно, светит не сама чёрная дыра, а газ на подходе к ней. Ненасытность дыры гак велика, а вход в «чёрное яблочко» столь мал, что только часть вещества диска протискивается в дыру, а его излишки выбрасываются из «околодырного» пространства в виде двух потоков, направленных в противоположные стороны вдоль оси диска. Струи разлетаются от «яблочка» на десятки световых лет!

Газовый диск с газовыми струями, излучающий рентген, огромная голубая звезда-донор с массой не меньше 10 солнц, кружащая около рентгеновского источника, — вот портрет далёкой звезды V 1343 в созвездии Орла, более известной как объект SS 433.

Мир звёздных пар, их «семейных отношений» только начинает нам открываться. Для астрономов его изучение представляет огромный интерес, так как может пролить свет на целый ряд фундаментальных научных проблем.

Наблюдения двойных систем, находящихся на равных стадиях звёздной эволюции, — это серьёзный экзамен для существующих теоретических моделей их происхождения и развития. Ведь десятки тысяч известных на сегодняшний день звёздных пар подразделяются на несколько десятков основных типов в зависимости от физических характеристик входящих в них светил: белый карлик может соседствовать с красным гигантом, нейтронная звезда, обладающая особо сильным магнитным полем, с рядовой звездой вроде нашего Солнца; быстровращающаяся чёрная дыра — с голубым сверхгигантом, истекающим мощным звёздным ветром... Всех комбинаций просто не перечесть! А ведь внутри каждого типа могут ещё различаться расстояния между компонентами, их массы, химический состав...

Галактика становится как бы гигантской лабораторией, а двойные звёзды в ней – богатейшим набором измерительных приборов, экспериментальных установок. Даже фундаментальные свойства пространства и времени могут быть скрупулёзно изучены на основе наблюдений некоторых звёздных пар, не говоря уже о проблемах физики плазмы, газодинамики, небесной механики.

Недавно астрономам удалось измерить с фантастической точностью (до нескольких десятых долей процента!) массу одной нейтронной звезды, входящей в состав двойной системы. Не за горами строгое экспериментальное подтверждение существования чёрных дыр. Словом, впереди нас ждёт много захватывающих открытий, связанных с исследованием звездных пар.



Страниц : 1