Загадки для знатоков. История открытия и исследования пульсаров

Гипотеза Клинкерфуса (шестая в нашем списке) появилась раньше идей Белолольского и Хеггинса, хотя логически должна была бы возникнуть после них, чтобы разрешить связанные с этими гипотезами противоречия. А то что она появилась раньше, как раз и говорит о том, что шел перебор вариантов (метод проб и ошибок!), и идея двойной системы выглядела ничем не лучше прочих. А между тем у нее было неоспоримое достоинство: она избавляла вспышки от элемента случайности, делала их явлением закономерным и даже повторяющимся. Более полувека спустя было доказано, что новые звезды действительно вспыхивают в двойных системах. Доказано наблюдениями. Но даже во времена Клинкерфуса идея двойственности новых звезд могла и не быть случайной идеей, если бы удалось нащупать ее методологические достоинства. Гипотеза Клинкерфуса была лишь очередным звеном в цепочке «а если…». Случайно Клинкерфус попал в девятку (все же не в яблочко). О том, что идея двойных систем — богатая идея, имеющая далеко идущие последствия, не догадывались ни Клинкерфус, ни другие астрономы, не обратившие на гипотезу особого внимания В последовавших затем работах Белопольского и Хеггинса уже не говорилось о двойных системах Да и вся серия «столкновений» и «почти столкновений» на том и кончилась, исчерпав все варианты.

Следующая серия гипотез возникла уже после того как в 1924 году Э. Хаббл и Дж. Ричи доказали, что туманность Андромеды — далекая галактика. После того как и в М 31 были обнаружены вспышки новых звезд. Всем было ясно, что случайные столкновения звезд — явление очень и очень редкое, почти невероятное. Столкновениями не объяснишь, почему в туманности Андромеды происходит так много вспышек. Об идее Клинкерфуса не вспомнили, хотя она снимала это противоречие. Ученые обратились к разработке новой серии гипотез — вспышки новых как следствие внутренних процессов в самих звездах. Тому была объективная причина: в двадцатых годах появились первые исследования по внутреннему строению звезд, попытки объяснить (например, аннигиляцией вещества и антивещества), почему звезды светят, почему они так горячи. Естественно было применить новые теоретические идеи и для объяснения звездных вспышек.

Первую гипотезу этой серии (седьмую в нашем списке) предложил английский астроном Э. Милн. Любая звезда может вспыхнуть как новая, утверждал он, это не случайность, а закономерность. Внутренние силы вызывают взрыв, со звезды срывается и с большой скоростью уносится ее внешняя оболочка. А сама звезда при этом сжимается, превращаясь в белый карлик. Происходит это на закате звездной эволюции, поэтому можно считать, что вспышка новой действительно свидетельствует о гибели звезды…

Последнее обстоятельство и погубило идею Милна. Ведь новые звезды видны и до, и после вспышки! Из-за этого не прошли и другие аналогичные гипотезы, выдвинутые независимо друг от друга Г. А. Гамовым (гипотеза № 8) и немецким астрономом В. Гротрианом (гипотеза № 9). Речь шла о том, что вспышку вызывают термоядерные процессы, протекающие в центральной части звезды. Однако центральный взрыв должен вызвать слишком большие изменения в структуре звезды. По Милну, такой взрыв способен превратить даже обычную звезду в белый карлик, размеры которого порядка размеров Земли, а плотность достигает тонны в одном кубическом сантиметре! На самом деле при центральном взрыве (это мы знаем сегодня!) может произойти нечто более страшное для звезды, чем вспышка новой. Как в свое время Клинкерфус случайно подошел вплотную к правильной идее о причине вспышек новых звезд, так и Милн, сам того не подозревая, решал совсем другую, и тоже очень важную задачу, но связанную не с новыми звездами, а со звездами-гостьями. И тоже не довел решение до конца…

Итак, центральный взрыв не объяснил вспышек новых звезд. Настал черед следующего «а если». А если взрыв происходит не в центральной части звезды, а на периферии, неглубоко под поверхностью? Эту гипотезу (десятую в нашем списке) предложили в 1933 году советские астрофизики В. А. Амбарцумян и Н. А. Козырев, а численно она была разработана лишь 14 лет спустя другими советскими учеными А. И. Лебединским и Л. Э. Гуревичем. В этой идее тоже оказалось рациональное зерно. Взрыв действительно происходит на периферии, так говорит современная теория. Но откуда поступает горючее для взрыва? Лебединский и Гуревич считали, что изнутри звезды, в результате перестройки ее структур.

В начале пятидесятых годов одновременно существовали несколько «а если». Советский ученый Б. А. Воронцов-Вельяминов считал, что новая звезда — это промежуточный этап в звездной эволюции, когда горячий голубой гигант, сбрасывая излишек массы, превращается в голубой или белый карлик. Это уже одиннадцатая гипотеза, она похожа на идею Милна, но обладает одним отличием — она оптимистичнее. По Милну, любая звезда может вспыхнуть, в том числе и наше Солнце. Даже ставился вопрос, не должно ли человечество готовиться к катастрофе? В соответствии с гипотезой Воронцова-Вельяминова Солнце не может взрываться — ведь оно не горячий гигант, а всего лишь желтый карлик, терять массу ему ни к чему, ибо избытка массы у него нет.

Недостатки у гипотез Милна и Воронцова-Вельяминова одинаковы. В обоих случаях звезда после взрыва меняется. А наблюдения показывали, что и до и после вспышки звезда практически такая же.

В 1954 году советский астрофизик И. М. Копылов выдвинул еще одну гипотезу. А если это молодые звезды? — предположил он. При возникновении молодая звезда может оказаться неустойчивой, может вспыхнуть один или несколько раз, но потом успокаивается, становится обычной звездой, расположенной на так называемой главной последовательности.

Мы перечислили дюжину «а если». На деле их было, конечно, больше. И все неправильные, хотя в некоторых и содержалось зерно истины. Десятки ошибочных проб существенно не приблизили разгадки тайны новых звезд — зерен в этих пробах не разглядели, а когда появилось единственное, решающее загадку наблюдение, то о старых гипотезах забыли и сами авторы. Забыли и о зернах. Перечисленные гипотезы — это плоды мысли, которые сами авторы сочли достаточно зрелыми, чтобы вынести на суд коллег. А сколько проб и ошибок так и осталось невысказанными, погибло в тиши кабинетов! Таков этот естественный метод научного поиска — пробы и ошибки.

В астрономии, как мы уже говорили, всякий спор обычно решают наблюдения. Проблема новых звезд не была исключением. Открытие оказалось неожиданным, тогда как при правильном ведении «следствия» оно, это открытие, могло быть предсказано заранее.

Когда спор о природе новых звезд разгорелся с особенной силой, шел 1954 год, М. Уокер на обсерватории Маунт Вилсон проводил наблюдения бывших новых, то есть тех слабых звездочек, что остались на месте вспышек. Он исследовал звезду DQ Геркулеса, вспышка которой наблюдалась двадцатью годами раньше. Уокер измерял колебания блеска и обнаружил, что они как две капли воды похожи на изменения блеска затменных двойных звезд. Каждые пол-оборота одна звезда затмевает от нас другую, и блеск системы на некоторое время уменьшается. Такая кривая блеска получилась и для DQ Геркулеса. Период, с которым следовали друг за другом затмения, оказался равным всего 4 часам и 39 минутам. Никто прежде не наблюдал такого короткого периода у затменно-двойных звезд. Если период обращения звезд друг около друга так мал, то должно быть невелико и расстояние между звездами. Значит, и сами звезды не могут быть гигантами. Уокер определил, что масса звезд в системе DQ Геркулеса должна быть в несколько раз меньше массы Солнца. Обе звезды в системе бывшей новой оказались карликами.

Прошло несколько лет, и наблюдатели обнаружили, что бывшие новые звезды в созвездиях Северной Короны и Лебедя тоже являются тесными двойными системами. И тогда французский астрофизик Э. Шацман (и независимо от него чешский астрофизик 3. Копал) высказал идею о том, что все новые звезды — двойные системы. Эту гипотезу взялся проверить Р. Крафт на обсерватории Маунт Паломар. Он исследовал десять новых и повторных новых звезд (повторные новые вспыхивали два или более раз), шесть из них оказались двойными, а одна — даже кратной системой! О трех оставшихся звездах Крафт ничего сказать не мог — недоставало наблюдательных данных. .

Гипотеза Шацмана и Копала (а не правильнее ли сказать — идея Клинкерфуса?) получила столько наблюдательных подтверждений, что стала истиной. Сейчас астрофизики нисколько не сомневаются в том, что новые звезды вспыхивают в двойных системах.

В двойственности кроется и причина вспышки. В соответствии с гипотезой о периферическом взрыве требуется приток вещества. Откуда? Изнутри, говорили Лебединский и Гуревич. Извне, сказал Шацман. Вещество поступает с поверхности второй звезды. Оно постепенно накапливается на поверхности первой компоненты — а компонентой этой является, скорее всего, белый карлик с его большим гравитационным потенциалом и плотной атмосферой, где условия благоприятствуют быстрому горению водорода. Вещество накапливается, создаются условия для ядерных реакций синтеза — и взрыв! Оболочка сбрасывается. Система возвращается к прежнему состоянию. Но вторая звезда продолжает терять вещество, и течет это вещество к белому карлику, образует около него вращающийся диск, а из диска постепенно оседает на поверхность. Накопление — и взрыв! История повторяется. Чем больше накапливается водорода в атмосфере белого карлика, тем более мощной получается вспышка.

Итак, казалось бы, с новыми все ясно. Звезда после вспышки остается «живой и здоровой». Да, но проблема новых звезд еще далека от окончательного решения. Пробы и ошибки продолжаются. Просто была отсечена очень большая область, где отныне поиски не ведутся.

Детали вспышек далеко не ясны. Почему теряет вещество вторая звезда? Ведь это, как показали наблюдения, обычный красный карлик, масса его во многих таких системах составляет примерно половину массы Солнца. Такие звезды живут очень долго, не проявляя тенденции терять вещество. Почему же это про исходит в системах, которые вспыхивают как новые звезды?