Обмен массой между компонентами двойной звездной системы играет важную роль и в феномене новых звезд. С древних времен известны эти яркие вспышки звезд, однако лишь после 1945 г. стало ясно, что все новые являются, по-видимому, двойными звездами.
Новая в созвездии Лебедя 29 августа 1975 года
Тот, кому случилось посмотреть на небо вечером в пятницу 29 августа 1975 года, должен был заметить-во всяком случае, если ему были знакомы очертания основных созвездий, — что в созвездии Лебедя что-то не так. Здесь появилась звезда, которой раньше не было. В странах к востоку от нас это заметили раньше, так как там раньше наступили сумерки и на небе раньше показались звезды. Когда же и к нам пришла ночь, многие увидели высоко в небе новую звезду (рис. 9.7). Астрономы-любители навели на нее свои телескопы, и профессионалы поспешили под куполы обсерваторий. Неужели произошло событие, которого ожидали со времен Кеплера, и нам посчастливилось наблюдать вспышку Сверхновой в нашем Млечном Пути? Стали ли мы свидетелями возникновения нейтронной звезды, подобной Сверхновой в Крабовидной туманности?
Рис. 9.7. Вспышка Новой в созвездии Лебедя 29 августа 1975 года. Точки соответствуют отдельным измерениям блеска.
Сегодня звезда в созвездии Лебедя представляет собой неприметный слабый объект, который можно увидеть только в телескоп. Это была не та заветная звезда, появления которой ждали так долго: звезда в созвездии Лебедя была не сверхновой, а всего лишь новой.
То, что наряду со взрывами сверхновых случаются также и малые, безобидные вспышки, было замечено, по всей видимости, впервые в 1909 г., когда в Туманности Андромеды вспыхнули две звезды. Эти вспышки были, однако, в тысячу раз слабее, чем взрыв Сверхновой, который наблюдал за четверть века до этого в той же галактике Гартвиг. Сегодня мы знаем, что выделение энергии при этом соответствовало вспышкам других звезд, наблюдавшимся и в нашем Млечном Пути. Особенно красивое явление можно было наблюдать в 1901 г. в созвездии Персея в Млечном Пути.
Новые, как называют эти вновь вспыхивающие звезды, не имеют ничего общего с феноменом сверхновых. Они существенно слабее и возникают существенно чаще. В одной только галактике, которую мы называем Туманностью Андромеды, ежегодно отмечают 20–30 вспышек новых. Пользуясь старыми фотографическими снимками, можно увидеть, что в том месте, где отмечена новая, обязательно находилась звезда. Через несколько лет после вспышки звезда вновь приобрела свои прежние характеристики. Таким образом, происходит резкое увеличение яркости звезды, после чего все идет по-прежнему.
Нередко впоследствии по соседству с новой замечают небольшую туманность, которая разлетается с большой скоростью, очевидно, в результате взрыва. Однако в отличие от туманностей, образующихся после взрывов сверхновых, это облачко обладает очень малой массой. Звезда не взрывается, а лишь выбрасывает часть своего вещества, по-видимому, не более тысячной доли своей массы.
Новая 1934 года
Что же это за звезды, которые неприметно таятся в небе и вдруг буквально за один день вспыхивают так ярко, что начинают светить в десятки тысяч раз сильнее обычного, а затем месяц за месяцем становятся все слабее, чтобы через несколько лет вернуться к своему прежнему заурядному существованию, которое они влачили до своего недолгого торжества?
Вполне типичной представительницей таких звезд является Новая, вспыхнувшая в декабре 1934 года в созвездии Геркулеса. Тогда она была ярче всех остальных звезд этого созвездия. В апреле 1935 года ее яркость резко упала, но она оставалась еще достаточно яркой, чтобы ее можно было различить невооруженным глазом. Сегодня эту звезду удается наблюдать в средний телескоп.
Что же дали наблюдения этого слабого объекта? Самое главное, пожалуй, в том, что при внимательном изучении эта экс-новая оказалась двойной звездой. Это открыл в 1954 г. американец Мерл Уокер из Ликской обсерватории. Звезды этой системы обращаются с периодом 4 часа 39 минут. Благодаря тому, что звезды при обращении затмевают друг друга, о них удалось узнать больше. Одна из звезд — белый карлик с массой, равной солнечной. Вторая, по всей вероятности, обычная звезда главной последовательности с меньшей массой. Но эта система преподнесла и сюрприз. Главная звезда полностью заполняет свою полость Роша, и с ее поверхности вещество переходит на белый карлик. Как и в системе Алголя, мы имеем дело с полуразделенной системой, в которой происходит перенос вещества с одной звезды на другую, но в данном случае вещество попадает на белый карлик.
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.