Звезды: их рождение, жизнь и смерть - Шкловский Иосиф Самуилович

Такая звезда, как полагает польский астроном Б. Пачинский, много работавший в этой области, будет похожа на так называемую звезду типа Вольфа — Райе — весьма горячий объект, в спектре которого наблюдаются широкие полосы излучения. Если же масса первичной звезды сравнительно невелика, быстрое расширение ее оболочки на стадии красного гиганта останавливается по другой причине: наступает вырождение в области ядра звезды. И в этом случае скорость вытекания массы резко замедлится. Звезда будет излучать за счет водородных реакций в тонкой оболочке, окружающей ядро (см. § 12). Светимость эволюционирующей звезды будет достаточно велика: раз в 100 больше, чем светимость звезды такой же массы, находящейся на главной последовательности.

Интересно отметить, что к концу этой фазы масса проэволюционировавшей компоненты сильно уменьшается: она может быть в пять и даже в 10 раз меньше массы вторичной компоненты, «вобравшей» в себя существенную часть первоначальной массы своей «соседки». «Наглотавшаяся» соседским веществом вторичная компонента все еще будет оставаться на главной последовательности, причем из-за существенно увеличившейся массы ее светимость может даже превосходить светимость проэволюционировавшей компоненты. Именно такая ситуация наблюдается в тесных двойных системах типа Алголя.

На заключительном этапе, когда в эволюционирующей звезде останется совсем мало массы, ее радиус начнет уменьшаться и она, по-видимому, превращается в белый карлик.

Набросанная выше картина эволюции двойных систем на стадиях A и B подтверждается огромным количеством наблюдений. В частности, эта картина непринужденно объясняет давно известный эмпирический факт, что избыточная светимость эволюционирующей компоненты тем больше, чем меньше отношение масс M1/M2. Интересные проблемы возникают при анализе дальнейшей эволюции вторичной компоненты. Дело осложняется тем, что перетекающий на вторичную компоненту газ несет с собой большой вращательный момент, обусловленный орбитальным движением, теряющей массу эволюционирующей звезды. По этой причине вокруг вторичной компоненты может образоваться быстро вращающийся газовый диск, который как бы «аккумулирует» в себе большую часть избыточного момента (рис. 14.3). В предельном случае, когда существенная часть массы эволюционирующей компоненты и ее орбитального вращательного момента перейдет ко второй компоненте и в окружающий ее быстро вращающийся газовый диск, расстояние между компонентами значительно (в 3—4 раза) уменьшится. При этом можно оценить, что свыше половины массы двойной системы и по крайней мере половина ее вращательного момента будут сосредоточены в газовом диске. Заметим, что наличие плотных газовых дисков и колец в двойных системах доказывается наблюдениями.

Рис. 14.3:

Выше были обрисованы основные тенденции эволюции звезд в тесных двойных системах. Впрочем, следует оговориться, что понятие «тесный» вовсе не означает «геометрическую» близость компонент. «Тесной» мы называем такую систему, у которой эволюционирующая компонента на какой-нибудь фазе заполнит свою полость Роша. Но мы уже видели, что на стадии C (см. рис. 14.1) это может произойти, когда расстояния между компонентами порядка астрономической единицы, а периоды обращения по орбитам исчисляются годами. Поэтому, с точки зрения звездной эволюции, большинство двойных систем являются «тесными». Существенно подчеркнуть, что рассматривавшаяся выше эволюция таких систем носит медленный, спокойный, отнюдь не катастрофический характер.

Между тем астрономам уже давно известны классы резко нестационарных звезд, которые всегда входят в состав двойных систем и не наблюдаются как «одиночники». Это новые и новоподобные звезды, а также вспыхивающие звезды типа U Близнецов. Двойные системы, куда входят эти странные объекты, отличаются рядом любопытных особенностей. Прежде всего они, как правило, обладают очень короткими периодами — обычно порядка нескольких часов. Обе компоненты — карликовые звезды, расположенные очень близко друг от друга. Часто спектр таких объектов довольно «поздний», класса К или М, на который накладываются широкие линии излучения, а также непрерывный спектр очень горячей компоненты. Все говорит о том, что «красная» компонента такой системы (карлик!) заполняет свою полость Роша и через «внутреннюю лагранжеву точку» теряет массу, которая перетекает на горячую компоненту двойной системы. Как и в случае «спокойной» эволюции в двойной системе, вокруг этой компоненты образуется быстро вращающийся, достаточно массивный газовый диск, который излучает эмиссионные линии. «Активной» компонентой в такой системе является компактная горячая звезда, окруженная указанным диском, на которую из последнего падает поток вещества. Похоже на то, что эта компонента уже прошла свою эволюцию и когда-то передала значительную часть своего вещества соседней звезде. А теперь «соседка» в порядке «взаимной любезности» «возвращает обратно» проэволюционировавшей звезде взятое у нее много миллионов лет назад вещество.

Отличительным свойством вспышек новых и новоподобных звезд является их повторяемость («рекуррентность»). Интервалы между вспышками у новоподобных звезд около 100 лет. Можно полагать, что у более интенсивно вспыхивавших новых эти интервалы исчисляются сроками порядка нескольких тысяч лет. Повторяемость вспышек новых следует хотя бы из того простого факта, что ежегодное их количество в Галактике порядка нескольких десятков. Следовательно, если бы не было повторяемости, за пару миллиардов лет в Галактике вспыхнули бы как новые все звезды — вывод явно абсурдный. Значит, существует некоторый класс звезд, которые многократно вспыхивают.

Вряд ли следует сомневаться в том, что проэволюционировавшая, горячая компактная звезда представляет собой объект, сходный с белым карликом и весьма бедный водородом (см. § 12). Между тем от заполняющей свою полость Роша красной компоненты на проэволюционировавшую звезду все время падает богатый водородом газ[ 34 ]. Газ этот, после того как он накопится в поверхностном слое горячей звезды в течение сотен и тысяч лет, может стать причиной теплового взрыва, носящего как бы «локальный» характер, т. е. не охватывающего всю структуру звезды как целого. При таком взрыве выбрасывается довольно значительное количество массы, порядка 10-4—10-5 массы Солнца, как это следует из спектральных наблюдений новых звезд. Заметим, что примерно такая же масса «перетечет» на горячую компактную звезду от соседней компоненты за время между двумя вспышками.

В этой чисто качественной картине вспышек новых звезд еще многое не ясно. Прежде всего — что это за ядерные реакции, «питаемые» накапливающимся в поверхностных слоях проэволюционировавшей звезды водородом? На сколько вспышек хватит «ресурсов» двойной системы? На что будет похожа такая система, когда фаза вспышки окончится? Все эти интересные вопросы пока еще только ждут ответа.

Звезды типа U Близнецов характеризуются значительно большей частотой повторяемости вспышек и их меньшей амплитудой (рис. 14.4). Так же как и новые звезды в периодах между вспышками, звезды этого типа — очень компактные горячие объекты низкой светимости.

Примечательно, однако, что при вспышках звезд типа U Близнецов не наблюдается никаких следов выброшенного газа. С другой стороны, в спектрах этих звезд, полученных в «спокойное» время между вспышками, так же как и у новых, наблюдаются линии излучения, указывающие на существование газового диска. Похоже, что механизм быстро чередующихся взрывов у звезд типа U Близнецов совсем не такой, как у новых. Эти звезды еще ждут своих исследователей — наблюдателей и теоретиков.