Рудольф Киппенхан - Рудольф Киппенхан 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд

• Название: Рудольф Киппенхан 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд
• Автор: Рудольф Киппенхан
• Издательство: Мир
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1990
• ISBN: 5-03-001195-1 (русск) 3-492-10343-X (нем)

Книга астронома из ФРГ посвящена изложению современных взглядов на свойства, строение, происхождение и эволюцию звезд. Не применяя математики и сложной терминологии, автор просто и наглядно объясняет все основные результаты теории звезд, начиная с ее классических разделов и кончая самыми современными данными о пульсарах, рентгеновских звездах и черных дырах.

---

Знаем мы и еще кое-что. Вещество не сразу попадает на карлик. Поскольку вся система вращается, центробежная сила отклоняет поток вещества, и газ собирается вначале в кольцо, окружающее белый карлик. Отсюда вещество постепенно переходит на поверхность белого карлика (рис. 9.8). Кольцо это увидеть невозможно. Но при вращении системы главная звезда проходит перед кольцом и часть за частью затмевает его. Это выражается в уменьшении количества наблюдаемого нами света, вклад в который дает и светящееся кольцо. Изучались не только структура кольца и его протяженность. Выяснилось, что температура особенно высока в том месте, где вещество, уходящее с главной звезды, попадает на газовое кольцо. На кольце есть горячее пятно, которое возникает там, где газовый поток, попадая на кольцо, тормозится и часть энергии его движения превращается в тепло. Кроме того, обнаружено, что белый карлик в двойной системе Новой Геркулеса сам изменяет свою яркость с периодом 70 секунд. И всякий раз, внимательно изучая бывшие новые, ученые обнаруживали, что имеют дело с двойной звездной системой, в которой белый карлик получает вещество от нормальной звезды главной последовательности. Существуют также звезды, родственные новым так называемые карликовые новые. Вспышки их гораздо слабее и повторяются не вполне регулярным образом. Эти объекты также являются двойными системами указанного типа.

Рис. 9.8. Компоненты двойной системы, которую мы наблюдаем как Новую, движутся в направлении красных стрелок. Звезда главной последовательности заполнила свою полость Роша. Вещество с ее поверхности переходит на спутник — белый карлик. Однако прежде чем упасть на белый карлик, вещество образует вращающийся диск (диск аккреции). Там, где поток вещества попадает на диск аккреции, наблюдается горячее яркое пятно. (Рисунок X. Риттера.)

Ядерные взрывы в двойных звездных системах

В чем же причина резкого высвобождения огромного количества энергии в двойной системе, вследствие которого на короткое время яркость объекта увеличивается в десятки тысяч раз?

Идея, позволившая дать ответ на этот вопрос, восходит к Мартину Шварцшильду, к Роберту Крафту, работающему в настоящее время в Ликской обсерватории, и к расчетам, проведенным Пьетро Джанноне (сейчас он в Римской обсерватории) и Альфредом Вайгертом в 60-е годы в Гёттингене. Теорию разработал Самнер Старфилд со своими коллегами из Университета шт. Аризона в Темпе.

Хотя в своих глубинах белый карлик достаточно горяч, чтобы там могла начаться водородная термоядерная реакция, он образовался в центральной области красного гиганта, где водород давно уже превратился в гелий, да и гелий, по всей вероятности, преобразован в углерод. Поэтому внутри белого карлика водорода нет. Но газ, который поступает на белый карлик от соседней звезды главной последовательности, богат водородом. Вначале вещество попадает на относительно холодную поверхность карлика, где температура слишком низка для возникновения термоядерной реакции. На поверхности образуется богатый водородом слой, который со временем становится все плотнее. Этот слой подогревается снизу, там, где он контактирует с веществом белого карлика. Так продолжается до тех пор, пока температура слоя не достигнет примерно 10 миллионов градусов. При этой температуре водород «вспыхивает», и гигантский взрыв уносит всю водородную оболочку в пространство. Старфилд и его коллеги рассчитали на ЭВМ модель такой водородной бомбы на поверхности белого карлика, и эта модель, судя по всему, хорошо объясняет феномен новых звезд.

В пользу этого говорит и тот факт, что многие новые (а возможно, и все) вспыхивают периодически. Так, в 1946 г. в созвездии Северная Корона была отмечена Новая, которая уже вспыхивала в 1866 г. У некоторых новых наблюдались три и более вспышек (рис. 9.9). Повторные вспышки хорошо согласуются с теорией. После взрыва звезда главной последовательности, с которой ничего не происходит, продолжает питать белый карлик веществом, богатым водородом. На поверхности карлика вновь образуется «взрывоопасный» слой, который взрывается, когда температура его становится достаточно высокой для начала термоядерной реакции.

Рис. 9.9. Вспышки Новой Т Компаса регулярно повторяются. Они наблюдались в 1890, 1902, 1920, 1944, 1966 годах.

Пока не удалось еще установить, является ли Новая Лебедя 1975 года двойной системой. Астрофизики поэтому пытаются выяснить, не может ли на поверхности одиночного белого карлика образоваться богатый водородом слой из межзвездного вещества. Но, возможно, эти попытки преждевременны, и нужно подождать, пока система не успокоится после вспышки, и тогда можно будет установить, что она является двойной, как и другие новые. Возможно также, что нам не удастся это установить вообще: ведь если мы смотрим на двойную в направлении, перпендикулярном плоскости ее орбиты, то не можем определить существование двойной системы ни по доплеровскому смещению (см. приложение А), ни по покрытию одной компоненты другой.

Тесные двойные системы, в которых вещество переходит с одной звезды на другую, открыли для нас ряд новых явлений. Кажущийся парадокс Алголя и загадка «разновозрастных» звезд системы Сириуса разрешены. Двойные звезды подарили нам феномен новых. И наконец, с двойными звездами связаны самые поразительные, видимо, из известных небесных тел двойные рентгеновские звезды.

Глава 10 Рентгеновские звезды

«Профессор Рентген выступал вчера вечером в Физическом обществе перед профессорами и генералами о своих икс-лучах под бурные овации… Многочисленные демонстрации прекрасно удались, лучи проходили сквозь бумагу, жесть, дерево, свинец, и, наконец, через руку Рентгена и профессора Кёлликера… Кёлликер предложил назвать новое явление „рентгеновыми лучами“ (бурные аплодисменты). Рентген благодарил в глубоком волнении. Кёлликер провозгласил здравицу в честь Рентгена. За 48 лет в Обществе не происходило столь эпохального заседания. Присутствовали также многочисленные студенты и прочая публика».

Fränkisches Volksblatt, 24 января 1896 года

В этой главе речь пойдет о звездах, которые в отличие от Солнца не излучают энергию, воспринимаемую глазом. Излучение этих звезд лежит в области, недоступной нашим органам чувств — об этом излучении люди ничего не знали до 1895 г., когда его случайно открыл Вильгельм Конрад Рентген в Вюрцбурге.

На первый взгляд может показаться удивительным, что в космосе возникает рентгеновское излучение. Приходя в медицинский рентгеновский кабинет, мы видим, какая сложная аппаратура требуется для получения рентгеновских лучей. Как же могут они возникать в космосе? В принципе, процесс один и тот же: в медицинской установке электроны, движущиеся с большой скоростью, резко тормозятся, и при этом возникает рентгеновское излучение. Когда в природе газ нагревается до миллионов градусов, электроны движутся с огромной скоростью. Когда такой электрон приближается к атомному ядру, он тормозится или отклоняется электрическим полем ядра, и возникает такое же излучение, как и в рентгеновской трубке.

Температура короны-газовой оболочки Солнца — составляет около двух миллионов градусов. Быстрые электроны здесь в результате столкновений с атомными ядрами то и дело тормозятся и снова ускоряются. При этом возникает рентгеновское излучение: солнечная корона посылает в пространство рентгеновское излучение, которое удается фотографировать со спутников. Так что даже такая безобидная звезда как Солнце доказывает нам, что во Вселенной может возникать рентгеновское излучение. Однако на рентгеновское излучение приходится лишь малая доля энергии излучения Солнца. Рентгеновские же звезды — это точечные небесные объекты, у которых основная часть излучения приходится на рентгеновскую область спектра. Рентгеновские звезды известны всего несколько лет, но то, что за это время удалось о них узнать, делает их удивительнейшими небесными телами.

Спутник «Ухуру»

Приходящее из космоса рентгеновское излучение не проходит через атмосферу нашей планеты — оно поглощается уже в самых верхних слоях воздуха. Поэтому рентгеновская астрономия возникла лишь тогда, когда удалось поднять телескопы с дистанционным управлением в верхние слои атмосферы с помощью аэростатов и ракет. Первые попытки были связаны с исследованиями рентгеновского излучения Солнца, с измерением рентгеновского излучения короны, но вскоре ученые стали охотиться и за рентгеновским излучением, приходящим по другим направлениям. Так началась новая глава в современной астрофизике.

Часто бывает трудно восстановить подлинную историю того, как был сделан тот или иной крупный шаг в современной науке. Время великих одиночек прошло, в особенности в экспериментальных науках. Ученый работает в группе, ездит по конференциям, получает информацию от других, перерабатывает ее в соответствии с собственными представлениями и приводит все в согласие с идеями своих соавторов. Когда же сообщение появляется в печати, речь идет только о результате, и читатель редко узнает, какой путь привел к этому результату.