Переменные и нестационарные звезды
Переменные и нестационарные звезды
1. Цефеиды. Как вы уже знаете, изменение видимой яркости в системах Алгол вызваны не изменением светимости самых 'зрение, а их периодически повторяющимися затмениями. Вместе с тем в настоящее время известны десятки тысяч физических переменных звезд, в которых реально меняется их светимость. Причем в одних она меняется строго периодически, а в других - с часто затрагиваемой периодичностью или даже бессистемное.
Следовательно, изменение размера и температуры вызывает изменение светимости звезд. Поэтому для всех физических переменных звезд типично, что вместе с изменением светимости происходят те или иные изменения в спектре, т.е. в состоянии их атмосферы.
Из периодических переменных звезд особый интерес представляют ц е ф е й д и. Это белые или желтоватые звезды. Свое название они получили за типичным представителем - звездой 6 Цефея. Период ее сменности 5,37 суток и амплитуда изменения яркости от 4,6 до 3,7 звездной величины. Амплитуды изменения яркости цефсид составляют не более 1,5 звездной величины при периодах от десятков минут до
нескольких десятков суток. Этот период у них много лет неизменный с точностью до долей секунды.
Па рисунке представлены изменения яркости и сопроводительные изменения температуры и лучевой скорости цефеид.
С изменением температуры несколько изменяется и спектральный класс цефеид. Причина этого в том, что цефеиды - пульсирующие звезды. Они периодически расширяются и сжимаются. Сжатие внешних слоев влечет их нагревания.
Цефеиды делят на две группы: короткопериодические, иначе звезды типа КК Лиры, с периодами, меньшими за 1 сутки, и классические с периодами, большими за 2 суток. Первые из них горячие и имеют одинаковую абсолютную величину М = 0,5.
Классические цефеиды холоднее и имеют необычную особенность. Это сверхгиганты, и их светимость тем выше, чем больший период звезды. Цефеиды, которые медленнее меняются, самые яркие. При периоде около 50 суток их светимость в 10000 раз больше, чем у Солнца. Установив светимость цефеиды за периодом изменения его яркости, что легко определяется непосредственными наблюдениями даже в самых слабых цефеид, можно вычислить абсолютную звездную величину М и, сравнив ее с видимой звездной величиной т. определить расстояние до звезды по формуле
Lg D = 0,2 (m-М) 1, что следует из формулы (4).
Поэтому зависимость светимости от периода цефеид чрезвычайно важна для определения расстояний и размеров нашей звездной системы.
Яркие цефеиды-гиганты нам видно, как маяки Вселенной, издалека. По ним мы и намечаем контуры нашей звездной системы.
2 Новые звезды Название «новые звезды» сохранилась с давних времен по звездами, которые считались действительно новыми. Собранные коллекции фотографий показали, что так называемая новая звезда на самом деле существовала и раньше, но вдруг вспыхнула, в результате чего ее яркость за короткое время увеличилась в десятки тысяч раз. После вспышки звезда постепенно вернулась в прежнее состояние. Амплитуда изменения яркости новых звезд - от 7 до 14 звездных величин, т.е. их светимость может изменяться в 400000 раз. В максимуме они бывают от -6 до -9 абсолютных звездных величин. Возможно, что в новых звезд вспышки повторяются с промежутками в тысячи лет. Яркие новые звезды, которые в максимуме достигали первой звездной величины, наблюдались редко, например в 1901, 1918, 1925
Через неожиданность таких вспышек новые звезды открывают случайно, их открывают преимущественно любители астрономии, иногда школьники. Для этого надо чаще осматривать созвездие вблизи Млечного Пути. Но не спутаешь планету с новой звездой!
Вспышка новой звезды происходит обычно через несколько дней - катастрофическая, а возврат к предыдущей светимости длится годами и сопровождается колебаниями яркости (рис. 78).
Изменения в спектре новой звезды показали: яркость звезды увеличивается потому, что раздувается фотосфера - растет ее поверхность. В момент максимума светимости диаметр новой звезды больше из-а диаметр земной орбиты. В момент наибольшей яркости из звезды срывается внешний слой и со скоростью около 1000 км / с, расширяясь, устремляется в пространство.
Как новые вспыхивают лишь некоторые очень горячие звезды умеренных светимости, причем все новые звезды, очевидно, являются двойными, следовательно, нашему Солнцу вспышка не угрожает.
3. Сверхновые звезды. Некоторые особые звезды, невидимые ранее, неожиданно вспыхивают и гаснут подобно новых звезд.
Однако в максимуме светимости они бывают в тысячу раз ярче, чем новые звезды, их называют сверхновыми звездами. Скорость выброса газов из них также во много раз больше, чем у обычных новых звезд.
Вследствие колоссальной светимости, которая в максимуме превышает в десятки тысяч раз светимость самых ярких обычных звезд, мы видим сверхновые звезды на огромных расстояниях от нас, в других звездных системах (рис. 79). Для оценки этих расстояний измеряют яркость сверхновых звезд. Вспышки сверхновых звезд происходят чрезвычайно редко - в среднем одна вспышка за несколько десятилетий или веков в системе, где насчитываются миллиарды звезд.
Еще до изобретения телескопа в нашей звездной системе наблюдалось несколько звезд, несомненно бывшие сверхновыми. На месте, где одна из них вспыхнула в 1054 г. в созвездии Тельца, находится особая, слабкосвитна туманность, названная Крабовидной (рис. 80). Она содержит ионизированный газ в виде прожилок, которые пронизывают ее основную аморфную массу. Сравнив фотографии разных лет, выяснили, что туманность расширяется со скоростью «1 000 км / с, ее расширение началось с момента вспышки сверхновой звезды. Газ, образовавший туманность, она выбросила во время вспышки. Позже оказалось, что Крабовидная туманность - одно из самых мощных источников радиоизлучения. Оно вызвано тем, что магнитное поле туманности тормозит рожденные во время взрыва звезды электроны, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света. Такое радиоизлучения электронов в магнитном поле называется нетепловое или синхротронного. Крабовидная туманность оказалась также одним из самых мощных космических источников рентгеновских лучей.
На месте вспышки других «близких» сверхновых звезд также обнаружены туманности, излучают радиоволны и расширяются.
Вспышки сверхновых звезд - самые грандиозные и самые редкие из катастроф, происходящих с небесными телами.
Изучение всех переменных и новых звезд очень важно для понимания природы и эволюции звезд вообще, поскольку переменные и особенно новые звезды находятся на поворотных этапах своего развития. Кроме того, изменения в этих звезд легко наблюдать, а в обычных звезд - нет, потому их изменения слишком медленные.