Мир астрономии. Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках

Пока это немного напоминает структуру центральных частей красного гиганта, внутри которого также находится изотермическое ядро. По мере горения водорода в околоядерной области сходство звезды с красным гигантом становится все больше и больше. Оценки показывают, что сжатие звезды должно смениться расширением, и внешние слои звезды становятся конвективными. Звезда переходит в стадию красного гиганта.

Весь этот процесс, начиная с момента возгорания водорода в околоядерной области и кончая стадией красного гиганта, занимает немногим более двух с половиной миллионов лет. Мы видим, что массивная звезда ведет очень бурную, богатую событиями жизнь. За ничтожный по космологическим масштабам срок (менее 70 миллионов лет) она успевает полностью изменить свой облик. Но это еще не все.

Фаза красного гиганта — финишная прямая для более легких звезд. Мы разбирали уже пример с Солнцем. Наша более массивная звезда будет продолжать свою жизнь дальше. Расчеты показывают, что после фазы красного гиганта снова начинается сжатие. Температура в центре звезды повышается, и когда она достигнет ста миллионов градусов, включается тройной -процесс — синтез углерода из гелия. Мы видим в этот момент (еще через 6 миллионов лет) на небе яркую горячую звезду.

Далее история повторяется. Гелий выгорает в ядре, образуя углеродную центральную часть с гелиевой околоядерной областью — слоевым источником термоядерных реакций. Потом звезда снова расширяется, переходя в стадию сверхгиганта. Этот процесс занимает около десяти миллионов лет.

Таким образом, достаточно массивные звезды довольно быстро уходят с главной последовательности, образуя семейство гигантов. Красные гиганты, в свою очередь, превращаются со временем в карликовые звезды, о которых мы уже говорили. Эта общая тенденция хорошо согласуется с различными наблюдательными данными. Но тем не менее следует иметь в виду, что мы сейчас рассматривали эволюционный путь одиночной звезды.

Может возникнуть вопрос об эволюции звезд с массой большей, чем пять масс Солнца. Попробуем хотя бы качественно ответить на последний вопрос. Вспомним, что чем больше масса звезды, тем больше температура в ее центральных частях. Поэтому вполне возможны варианты, при которых образуется не только гелиевое ядро. В последующих циклах термоядерных реакций могут получиться углеродно-кислородный, магниевый, а быть может, и железный белый карлик.

Что касается эволюции звезд в двойных системах, то здесь, безусловно, есть свои интересные особенности.

Еще в 1951 году советские ученые заметили одно весьма необычное явление. В тесных двойных системах компонент с большей светимостью обладал заметно меньшей массой. Этот парадокс получил название «парадокса Алголя», мы уже упоминали об этой знаменитой звезде. Действительно, астрономы столкнулись здесь с необычной ситуацией. Массивный компаньон двойной системы вел себя «нормально», то есть находился на главной последовательности, а менее массивная звезда почему-то явно приближалась по своей светимости к «субгигантам».

Объяснение этого факта оказалось нетривиальным.

Предположим, что звезда высокой светимости когда-то задолго до настоящего времени обладала большей массой и превратилась в красного гиганта с раздувшейся оболочкой. Оболочка, естественно, слабо связана со звездой. В этом случае второй компаньон пары начинает перетягивать на себя вещество гиганта, и в конце концов масса его становится больше массы гиганта. Звезда в этом случае начинает эволюционировать быстрее, она тоже превращается в гиганта, а тогда сосед, в свою очередь, перетянет часть массы на себя и т. д.

Попеременный обмен массой хорошо объясняет тот факт, что подавляющее большинство взрывающихся и вспыхивающих звезд принадлежит к двойным системам. Процесс перекачки массы объясняет и «парадокс Алголя», поскольку светимость ставшей менее массивной компоненты системы почти не изменяется во время перекачки. А почему, собственно, в двойных системах должны наблюдаться вспышки?

Иногда маленькое пятнышко на фотопластинке задает столько загадок, что на решение их уходят многие и многие годы. Примерно пятьдесят лет назад были на небе обнаружены объекты особого класса, спектры которых указывали на присутствие красного гиганта радиусом в 200 раз больше солнечного внутри горячего газового облака. Гигант сам не сумел бы столь сильно нагреть облако, и поэтому предполагалось, что внутри облака гигант имеет горячий невидимый спутник. Кроме того, некоторые особенности излучения этих объектов лучше всего объясняются наличием маленького горячего спутника, расположенного вплотную к своему гигантскому соседу. Такие пары получили название симбиотических звезд.

Ясно, что именно в симбиотических парах процессы приливного перетекания вещества будут особенно эффективны. Но каким образом перетекание инициирует вспышку?

Существует две модели этого явления. Согласно одной из них вокруг горячего спутника вследствие перетекания образуется аккреционный диск. Вещество гиганта не может попасть непосредственно на поверхность спутника из-за высокой скорости их взаимного обращения. В процессе своего формирования диск разогревается примерно до 100 тысяч K и становится мощным источником излучения. Это излучение и выбрасывает из симбиотической системы большие количества вещества.

Другая модель также связана с переносом вещества от красного гиганта к партнеру. Но если в дисковой модели в принципе неважно, какая звезда является партнером (главную роль играет диск), то в новой модели компаньоном гиганта должен быть белый карлик. Вещество гиганта, перетекая на карлик, накапливается на его поверхности. Но это вещество — водород! Он образует оболочку, которая постепенно разогревается излучением карлика. В конце концов температура в оболочке поднимается настолько, что в ней начинаются термоядерные реакции — происходит вспышка. При этом выбрасываются значительные массы вещества — до одной десятитысячной массы Солнца.

Существование подобных вспышек не вызывает никаких сомнений. Они хорошо известны астрономам, наблюдавшим двойные системы. На месте очень слабой звездочки вдруг появляется яркая звезда, светимость которой в десятки и сотни тысяч раз превышает светимость Солнца. Через некоторое время, исчисляемое обычно месяцами, ее светимость уменьшается, и она становится видной на небе как карликовая звезда низкой светимости. Такие звезды получили название «новых». Ежегодно у нас в Галактике вспыхивает несколько десятков новых звезд. Зажигаются новые и в других галактиках.

Мы видим, что эволюция звезд в двойных системах может проходить весьма причудливым образом. Сюрпризы двойных систем бывают иногда особенно неожиданны. Возьмем, например, так называемые звезды-бегуны. Это горячие яркие звезды спектрального класса О. Нормальные звезды этого класса имеют сравнительно небольшие скорости движения по отношению к другим звездам — около 10 км/сек. Но есть звезды этого же класса — бегуны, которые двигаются со скоростями, в десять раз большими! Вдобавок они всегда одиночны. Почему?

Представим себе двойную систему, в которой компаньоны вращаются вокруг общего центра масс, подчиняясь закону всемирного тяготения. В принципе такая система очень устойчива. Но если более тяжелый компонент по какой-либо причине взорвется и заметная часть массы в результате взрыва быстро покинет двойную систему, устойчивость нарушится, и второй компаньон, как камень, выброшенный из пращи, улетит из системы. Именно подобный механизм и вызывает появление на небе звезд-бегунов.

Отвлечемся от двойных систем и обратим внимание на еще один необычный тип звезд: «бурые карлики». Значение их велико в первую очередь для проблемы космологии. Бурые карлики — это субзвезды, газообразные тела с размерами в несколько раз больше Юпитера. При их гравитационном сжатии выделяется тепловая энергия, которая производит достаточное количество тепла для их довольно тусклого свечения, но которой явно не хватает, чтобы вспыхнули термоядерные реакции. Ясно, что время свечения таких объектов по космологическим меркам невелико — миллионы лет, и астрономам крупно повезло, когда сравнительно недавно такая субзвезда была обнаружена в 28 световых годах от Солнца.