Ви вже знаєте, що об’єкти з достатньо високою температурою випромінюють видиме світло (випромінювання чорного тіла). Розкладаючи сонячне світло, дощові краплі, що утворюють веселку (див. розділ 5), демонструють неперервну послідовність кольорів від червоного до фіолетового, яку називають спектром. Якщо розкласти світло від зорі, ми також побачимо спектр, але його кольори не завжди матимуть однакову інтенсивність. Прохолодніша зоря, наприклад, буде червонішою (і її спектр також). Температура Бетельгейзе (в сузір’ї Оріона) лише 2000 кельвінів. Це одна з найчервоніших зір на небі. З іншого боку, Беллатрікс, також у сузір’ї Оріона, має температуру 28 000 кельвінів. Це одна з найбільш блакитних і найяскравіших зір, яку часто називають «Зірка амазонок».
Якщо уважно придивитися до зоряних спектрів, можна побачити вузькі проміжки, на яких кольори слабкі або взагалі відсутні. Це лінії поглинання. У спектрі Сонця таких ліній тисячі. Вони з’являються через те, що в атмосфері зір присутні багато різних елементів. Атоми, як ви знаєте, складаються з ядра й електронів. Електрони не можуть мати якусь довільну кількість енергії. Вони перебувають на енергетичних рівнях з певними дискретними значеннями — їхня енергія не може бути проміжною на цих визначених рівнях. Інакше кажучи, їхня енергія «квантована» — це поняття дає початок квантовій механіці.
Атом нейтрального водню має один електрон. Якщо опромінювати його світлом, цей електрон може перестрибнути на вищий енергетичний рівень, поглинувши енергію світлового фотона. Але через дискретність енергетичних рівнів електрона станеться це не з будь-якими фотонами, а лише з тими, що мають конкретну енергію (а отже, конкретну частоту і довжину хвилі), що дозволить електрону здійснити квантовий стрибок з одного рівня на інший. Цей процес, що називають резонансним поглинанням, знищує фотони, і тому їхні частоти відсутні в неперервному спектрі. Такі пропуски називають лініями поглинання.
Водень може створити у видимій частині зоряного спектра чотири лінії поглинання (на точно відомих довжинах хвилі, тобто кольорах). Більшість елементів утворює значно більше ліній, тому що їхні атоми містять набагато більше електронів. По суті, кожному елементу властиве унікальне поєднання ліній поглинання, за яким їх можна ідентифікувати. Вони дуже добре вивчені й виміряні в лабораторіях. Отже, ретельно дослідивши лінії поглинання в зоряних спектрах, ми можемо визначити, які елементи є в атмосфері зорі.
Утім, коли зоря рухається від нас, унаслідок ефекту Доплера весь її спектр (включно з лініями поглинання) зміщується в червоний бік (це так званий червоний зсув). Якщо спектр, навпаки, зміщується у фіолетовий бік, то зоря рухається до нас. Точно вимірявши, наскільки змістилися лінії поглинання, ми можемо обчислити швидкість зорі відносно Землі.
Якщо ми спостерігаємо, наприклад, подвійну систему, кожна зоря буде половину орбіти рухатися до нас, а другу половину — від нас. З її зорею-компаньйоном усе буде точнісінько навпаки. Якщо обидві зорі досить яскраві, ми побачимо в спектрі червоне і блакитне зміщення ліній поглинання. Це означатиме, що перед нами подвійна зоря. Але лінії поглинання зміщуватимуться в спектрі внаслідок руху зорі вздовж орбіти. Наприклад, якщо період обертання зорі становить двадцять років, кожна лінія поглинання пройде повний шлях за цей термін (десять років спостерігатиметься червоне зміщення, і ще десять — фіолетове).
Якщо ми бачимо тільки червоне (або тільки фіолетове) зміщення ліній спектра, то все одно можемо зробити висновок, що це подвійна зоря, якщо лінії рухаються то в один, то в інший бік. Час, за який лінії проходять повний цикл, буде періодом обертання зорі. Коли таке відбувається? У випадку, якщо одна зоря занадто тьмяна, щоб її можна було побачити із Землі у видимих променях.
А тепер повернімося до наших рентгенівських джерел.
Шкловський і не тільки
У далекому 1967 році радянський фізик Йосип Шкловський запропонував модель для джерела Скорпіон Х-1. «За всіма характеристиками, ця модель відповідає нейтронній зорі в стані акреції. [...] Природна й дуже ефективна подача речовини для такої акреції відбувається за рахунок потоку газу, що перетікає від вторинного компонента тісної подвійної системи до первинного, який є нейтронною зорею».