<<
>>

НОВЫЕ ЗВЕЗДЫ

8 июня 1918 г. вечером в созвездии Орла внезапно появилась • звезда первой величины. Это явление было замечено независимо десятками людей. Более старые фотографические снимки на некоторых обсерваториях показали, что 5 июня эта звезда была 11™, т.

е. такой же, какой она была на протяжении предыдущих 30 лет. Через 48 часов она уже была звездой 6™, т. е. ее яркость возросла в 100 раз. Усиление блеска все еще продолжалось и 9 июня, когда ее величина достигла — 0,5Ш, она превзошла по блеску все звезды неба, кроме Сириуса и Канопуса. Достигнув вершины своего великолепия, звезда начала тускнеть, сначала быстро и неравномерно, затем медленнее. Через 18 дней блеск ее упал до Зт, а через 200 суток для невооруженного глаза она угасла. В наше время ее блеск близок к первоначальному— до вспышки, но все же реально она в 5—6 раз ярче Солнца.

По оценке Бейли, ежегодно в нашей Галактике вспыхивает таких «новых» звезд, которые в максимуме ярче 9™, хотя в 1900 г. лишь 8—9 из них были замечены невооруженным глазом. Многие новые звезды были обнаружены близ центральной части Галактики; благодаря их высокой светимости в максимуме блеска их можно увидеть на больших расстояниях. Аналогичное пространственное распределение для новых звезд Арп нашел в Галактике Андромеды (М31) при частоте вспышек в год.

. До появления крупных телескопов и фотографии эти явления вспышек трактовались как действительное возникновение новых звезд, и до сих пор сохранилось в качестве общепринятого для этих явлений название новые звезды, хотя фотографии показывают, что такие яркие новые звезды, как Новая Орла 1918, существовали в виде слабых звезд и до вспышки. Все имеющиеся в нашем распоряжении данные указывают па то, что явление новой звезды есть результат грандиозного звездного взрыва, при котором наружные слои звезды стремительно выбрасываются и уносятся от нее прочь.

Причины этих выбросов

Рне. 113. Спектры новых звезд, соответствующие максимуму блеска. Новая Лисички (1968-Г) и Новая Дельфина (1967) даны в сравнении со спектрами звезды с эмиссионными линия ми Р Лебедя и нормальной (спектрального класса АО V) звезды 29 Лисички.

Обратите внимание на широкие эмиссионное линии с поглощением па фиоетого! стороне к спектрах этих двух новых анепд (см. рис. 116). Новая Дельфина, в спектре которой на протяжении многих месяцев были видны крайне сложные изменения, задержалась близ максимума блеска. Яркие линии водорода, у которых с фиолетозой стороны видны резкие линии поглощения самые заметные детали в спектре Р Лебедя — звезды, которатв 1600 г ооратила па себя внимание ноаоподобной вспышкой, затем немного потускнела, внозь засияла и, наконец, стабилизировалась как ззезда 5т. Обратите внимание на то, что звезд11011™0 Линии в спектРе Р Лебедя гораздо уже и менее заметны, чем в спектре новых

Неизвестны, но, по-видимому, они случаются лишь с небольшими голубыми звездами (с температурой поверхности порядка 50 000 К), являющимися членами тесных двойных систем.

Такие мощные взрывы на поверхности звезды должны быть Следствием каких-то возмущений, локализованных где-то в ее глубине. Действительно, в любой точке недр нормальной звезды вес вещества, находящегося выше, в точности уравновешивается направленными вверх давлением газа и световым давлением. Когда температура газа поднимается, растет и давление, так как газ при нагревании всегда стремится к расширению. Допустим теперь, что благодаря внезапному освобождению какого-то количества энергии слой газа где-то внутри звезды оказывается перегретым. Если у звезды нет какого-либо эквивалента предохранительного клапана, при помощи которого она может избавиться от избытка энергии, нарастающее давление расширяющегося газа может настолько превзойти вес находящегося выше вещества, что поверхностный слон звезды окажется стремительно выброшенным в пространство.

Вывод о том, что явление новых звезд есть следствие взрывов в поверхностных слоях звезд, был получен на основе анализа замечательных изменений в спектре, которые сопровождают такие «выбросы». Иногда, как в случае с Новой Дельфина (рис. 113 и 114), эти изменения чрезвычайно сложны. У более типичных новых звезд, как, например, у Новой Лебедя 1920 или у Новой Лисички, эти изменения менее сложны и поддаются интерпретации. На ранних стадиях вспышки новой звезды выбрасываемый поверхностный слой раздувается, как воздушный шар. По мере увеличения звезда становится в интегральном свете ярче, хотя видимая температура фотосферы в действительности падает. В максимуме блеска спектр непрерывный и пересечен темными линиями, каким он был и до нарастания блеска, и в ходе нарастания. Очевидно, хотя фотосфера и невообразимо раздулась, она все еще цела. Темные линии водорода н ионизованных металлов образуются в тех слоях атмосферы, которые находятся между поверхностью главного расширяющегося облака и наблюдателем. Когда плотное расширяющееся облако быстро раздувается, находящиеся на луче зрения атомы оказываются в быстром движении к наблюдателю (рис. 11о). Следовательно, линии поглощения смещаются доплеровским эффектом из своего нормального положения в фиолетовую сторону; по величине смещения можно найти скорость расширения, причем скорости расширения порядка 1000 км/с вовсе не являются необычными.



Р й„с. 115. Схематическое изображение расширяющейся оболочки, окружающей новую звезду.

Стрелами показаны направления, в которых движутся различные части оболочки. Только атомы в заштрихозанноЯ части оболочки находятся между звездой и наблюдателем и поэтому образуют линии поглощения.              '

Когда же выбрасываемый слой расширяется еще больше, его газы достигают такой степени разреженности, что фактически оказываются прозрачными.

При подобных условиях этот слой просматривается вплоть до задней стороны, т. е. мы видим всю расширяющуюся оболочку. Непрерывный спектр слабеет и появlt; ляются яркие линии, сильно расширенные эффектом Доплера (рис. 113). Сама звезда продолжает излучать непрерывный спектр. Но свет от всех частей расширяющейся оболочки, за исключением той, которая находится между звездой и наблюдателем, будет состоять из ярких линий. Стрелки на рис. 115 указывают направление движения атомов в различных областях расширяющейся оболочки. Атомы в точках В и Н движутся к наблюдателю; их линии будут, следовательно, сдвинуты в фиолетовую сторону. В точках С и G движение перпендикулярно лучу зрения и доплеровское смещение равно нулю. В точках D и F атомы удаляются, и яркие линии от этих областей будут смещены в красную сторону спектра. В результате суммарного эффекта различных частей оболочки получается, что следствием ее расширения должно быть расширение эмиссионных линий (рис. 113). В то же время в точке А вещество поглощает свет непрерывного спектра звезды; следовательно, там образуются темные линии. Поскольку в точке А атомы приближаются к наблюдателю, темные линии будут смещены по отношению к соответствующим эмиссионным линиям в фиолетовую сторону.

На рис. 116 показан наблюдаемый профиль линии 4481 А ионизованного магния у Новой DQ Геркулеса. Обратите внимание на сильную абсорбционную компоненту на коротковолновой (левой) стороне эмиссионной компоненты.

После того как первоначальная оболочка стала исключительно разреженной, наблюдаются диффузные, с высоким возбуждением, линии «настоящих» газов, которые возникают в непрерывно выбрасываемом облаке поблизости от звезды, тогда как главная оболочка расширяется уже далеко от звезды. Ослабление непрерывного спектра опять-таки указывает на дальнейшее увеличение прозрачности газов. Глубина, до которой мы можем видеть «насквозь» выброшенный материал, становится все больше и больше, так как количество выбрасываемой материи становится меньше и меньше.

По мере дальнейшего расширения газа яркие линии металлов слабеют, а линии таких легких газов, как водород, азот и

Рис. 116. Наблюдаемый профиль линии Mgl I 4481 А у DQ Геркулеса.

Интенсивность дана как функция длины волны; интенсивность непрерывного спектра принята за 1 0. Абсорбционная компонента (слева) создается газами находящимися перед звездой (область А на рис. 115.) Относительивя сила эмиссионной компоненты, обусловленная газами в точках В-Н на рнс. 115. растет, так как оболочка становятся все более разреженной.


кислород, остаются главенствующими. Это явление легко объяснимо. Атомы металлов имеют низкие потенциалы ионизации, т. е. их внешние электроны не очень прочно связаны с атомами и легко отрываются от них. Когда плотность высока, отрыв электрона от атома носит кратковременный характер, но в разреженной оболочке новой звезды электрон, будучи потерянным, не так-то легко заменяется другим. Атомы металлов имеют тенденцию к потере не одного, а многих электронов, а многократно ионизованные атомы поглощают и излучают свет почти исключительно в недоступной ультрафиолетовой области спектра-. Газы ионизовать гораздо труднее. Поэтому они излучают еще долгое время после исчезновения излучения металлов.

В еще более поздней стадии развития новой звезды самыми яркими линиями оказываются так называемые «запрещенные» линии, характерные для планетарных и диффузных туманностей. На этой стадии газы имеют плотность в миллион миллионов раз меньше плотности воздуха, которым мы дышим. Тем временем непрерывный спектр звезды уже ослабел почти до такого же уровня интенсивности, которую имел до вспышки, тогда как яркие линии небулярной оболочки тускнеют медленнее. Ядро новой звезды может также демонстрировать сильные эмиссионные линии. В конце концов, после того как возмущение заканчщ ‘вается, газовая оболочка рассеивается в пространство, пополняя «осколки» межзвездной среды, а небулярный спектр пропадает.

Звезда возвращается к своему нормальному довспышечному со-. стоянию, чтобы, быть может, взорваться вновь через тысячи или даже миллионы лет (или для некоторых повторных новых звезд через 10—40 лет).

Спектральные данные, указывающие на то, что все новыё звезды действительно сбрасывают газовые оболочки, были подтверждены прямыми наблюдениями Новой DQ Геркулеса (1934), Новой GK Персея (1901) и Новой V 603 Орла (1918). Через 6 месяцев после вспышки Новой Орла в телескоп можно было увидеть слабую зеленоватую оболочку. С тех пор оболочка равномерно расширяется со скоростью 2" в год (рис. 117). Хотя оболочка, выброшенная Новой Орла, выглядит близкой к сферической или по крайней мере симметричной, оболочка, выброшен# ная Новой Персея, совершенно асимметрична, как если бы боль)- шая часть вещества исходила от одного ее полушария.

Существование расширяющихся оболочек помогает в определении расстояний до новых звезд. Согласно принципу Доплера* из измерений смещений спектральных линий мы получаем дей: ствительную скорость расширения в км/с. Если теперь по прямым фотографиям мы наблюдаем движение, перпендикулярное лучу зрения, т. е. видимую скорость расширения в угловых секундах в год, то расстояние можно вычислить. Величины, по-

Рис. 117. Развитие оболочки вокруг Новой Орла отражено на фотографиях, полученных (слева направо) в 1922, 1927, 1933 и 1940 гг.              ц

Последний снимок сделан в свете На (красная линия водорода), так как туманность оказалась слишком слабой в фотографических Лучах.

лученные таким путем для Новой Геркулеса, Новой Орла- и Новой Персея, составляют соответственно около 730, 1200 п 2000 световых лет.

Для Новой Персея наблюдалось явление еще одного тина. После вспышки' недалеко От звезды О'талй видны диффузные1 клочковатые облака, быстро меняющие свою форму. Интерпретация этой особенности сводится к тому, что свет новой звезды освещает окружающие массы межзвездного газа и пыли. Оценка расстояния по скорости освещения этих облаков дает величину 400 световых: лёт, что совершенно' не согласуется с величиной 2000 световых лет, полученной для этого расстояния по методу расширяющейся оболочки. Было показано, в частности Оортом, что последний метод более надежен.

- По-видимому, новые звезды в большинстве ведут себя удивительно сходным образом. Главное различие между ними состоит в скорости расширения и изменения блеска. Так, минуло 100 дней, прежде чем Новая Геркулеса понизила на Зт свой блеск по сравнению с максимальным. А у Новой Орла (1918 г.) и Новой Лебедя (1920) блеск упал на 3™ всего через 8 и 16 суток соответственно. На основе тщательного анализа семи ярких новык звезд, которые появились в XX в., Мак-Лафлин из Мичиганского университета наШел, что те новые звезды, блеск которых затухает медленнее, имеют более низкие начальные скорости расширения и у них более длительные интервалы времени' между различными спектральными фазами, описанными выше. Кроме того, звезды, которые угасают очень быстро, достигают большего блеска в максимуме, чем те, которые гаснут медлен* нее,эффект, который Арп обнаружил также и в галактике Андромеды. Мак-Лафлин особо подчеркнул, что новые- звездь!

Рис. 118. Туманность вокруг Новой Персея (1901) по фотографии Бааде 13 декабря 1939 г.

очень похожи друг на Друга независимо от скорости их развития:

«Тот факт, что мы можем описать ход развития новой звезды, используя для этого всего один параметр — скорость, наводит на мысль, что само явление новой обусловлено единичным внезапным освобождением энергии внутри звезды. Сильный взрыв, отображаемый подъемом блеска до максимума, полностью определяет ход событий, которые происходят вслед за взрывом на протяжении месяцев или лет, подобно тому как траектории осколков разорвавшейся бомбы определяются в момент взрыва. Тогда различия, которые мы наблюдаем между спектрами новых звезд, развивающихся одинаково быстро, будут зависеть от случайных неоднородностей плотности выброшенного вещества, от состава и степени турбулентности газов и от ориентации основных выброшенных масс по отношению к лучу зрения».

Старые новые звезды долгое время после взрыва остаются небольшими очень горячими звездами. Равенство светимостей после и до стадии новой, по-видимому, является указанием на то, что объекты до вспышки и после нее, скорее всего, подобны.

Эти небольшие горячие звезды, судя по их светимостям, радиусам и плотностям, гораздо ближе к белым карликам, чем к объектам главной последовательности.

<< | >>
Источник: А. Аллер. АТОМЫ, ЗВЕЗДЫ И ТУМАННОСТИ. 1976

Еще по теме НОВЫЕ ЗВЕЗДЫ:

  1. Звезда Источник живой воды
  2. СВЕРХНОВЫЕ
  3. 2. Новые и повторные новые звезды
  4. Сверхновые, похожие друг на друга
  5. ОБРАЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗВЕЗДАХ
  6. НОВЫЕ ЗВЕЗДЫ
  7. НОВЫЕ ЗВЕЗДЫ КАК ДВОЙНЫЕ СИСТЕМЫ
  8. ПРОИСХОЖДЕНИЕ НОВЫХ ЗВЕЗД
  9. СВЕРХНОВЫЕ ЗВЕЗДЫ
  10. Звезды рождаются и сегодня