Иосиф Шкловский - Звезды: их рождение, жизнь и смерть

Рис. 1.5:Диаграмма Герцшпрунга — Рессела для звездного скопления Гиады.

Рис. 1.6:Диаграмма Герцшпрунга — Рессела для молодого звездного скопления NGC 2264.

Рис. 1.7:Диаграмма Герцшпрунга — Рессела для старого рассеянного звездного скопления М 67.

Рис. 1.8:Диаграмма Герцшпрунга — Рессела для старого шарового скопления М 3.

Различие в пространственном распределении между звездами разных типов имеет очень глубокий физический смысл. Весьма примечательно, что химический состав звезд, имеющих разное пространственное распределение, заметно отличается. Мы уже обратили внимание на то, что атмосфера субкарликов весьма бедна тяжелыми элементами. То же самое относится и к звездам, входящим в состав шаровых скоплений. Таким образом, мы приходим к выводу, что объекты, образующие «корону» Галактики, имеют низкое содержание тяжелых элементов по сравнению с объектами, образующими «плоскую составляющую» и диск в нашей звездной системе. Это обстоятельство объясняется существенным различием возрастов звезд, образующих «сферическую» и «плоскую» составляющие звездного населения Галактики. Из того факта, что облака межзвездного газа имеют пространственное распределение; практически совпадающее с пространственным распределением горячих массивных звезд, вытекает наличие между ними генетической связи. Это дополняет известные в настоящее время астрономам аргументы в пользу основного предположения, что звезды «перманентно» образуются в Галактике путем конденсации облаков межзвездной среды (см. § 3). О связи между возрастом звезд и их химическим составом речь будет идти в § 12.

Звезды, образующие галактическую «корону», часто называют «населением II типа», в то время как объекты, сильно концентрирующиеся к галактической плоскости, носят название «население I типа». В окрестностях Солнца (которые находятся, как известно, на периферии Галактики очень близко от ее плоскости симметрии) преобладают объекты I типа населения. Именно по этой причине на диаграмме Герцшпрунга — Рессела ветвь субкарликов (принадлежащих ко II типу населения) представлена сравнительно небольшим числом объектов. Наоборот, в области ядра нашей звездной системы, где плотность звезд в десятки раз больше, чем в окрестностях Солнца, преобладают объекты II типа населения, прежде всего субкарлики. Их полное количество в Галактике порядка 100 миллиардов, т. е. они составляют большинство звезд.

Рис. 1.9:Схема затмения в тесной двойной системе с эллипсоидальными компонентами и ее кривая блеска.

Таковы самые общие сведения об основных характеристиках звезд. Они, конечно, далеко не исчерпывают всех свойств этих объектов. Среди звезд попадаются объекты, сильно отличающиеся от «нормы». Мы уже говорили выше о звездах с необычнымхимическим составом. Имеются в Галактике звезды, светимость которых меняется. Это так называемые «переменные» звезды. Последние отличаются удивительным разнообразием. Иногда переменность вызывается чисто геометрическими причинами: в тесной двойной системе, если луч зрения образует незначительный угол с плоскостью орбиты, периодически наблюдаются «затмения», когда одна звезда заходит за другую (рис. 1.9). Но чаще звездная переменность связана с вполне реальными вариациями светимости, обычно сопровождаемыми изменениями поверхностной температуры и радиуса.

Среди переменных звезд особый интерес представляют звезды, строго периодически меняющие свою светимость, радиус и температуру по причине пульсаций . Эти звезды периодически сжимаются и расширяются, меняя при этом свою температуру. Такие звезды называются цефеидами . Они сыграли выдающуюся роль в истории астрономии, так как помогли определить расстояния до очень удаленных объектов (галактик), которые другими методами измерить было невозможно. Как же это было сделано? Дело в том, что эмпирически было найдено, что чем длиннее период цефеиды, тем больше ее светимость [ 3 ] 3 Зависимость была установлена для цефеид, находящихся в Магеллановых Облаках — ближайших к нам галактиках. Так как расстояния до всех обнаруженных там цефеид практически одинаковы, то их видимые величины непосредственно определяют светимости, поскольку расстояние до Магеллановых Облаков известно. . Наблюдая в удаленных галактиках очень слабенькие цефеиды и изучив их периоды, астрономы оценили их светимости, по которым легко нашли абсолютные величины. После этого расстояние определялось по формуле (1.3). Так как светимости цефеид (особенно долгопериодических) очень велики, они видны с больших (в частности, межгалактических) расстояний. Не случайно цефеиды называются «маяками Вселенной».

Гораздо чаще встречается звездная переменность непериодического характера: время от времени наблюдаются более или менее значительные повышения уровня излучения, часто носящие «вспышечный» характер. Очень распространена «вспышечная» активность у красных карликовых звезд. Значительная, если не большая, часть красных карликов спектрального класса М — это вспыхивающие звезды. Во время вспышек, длящихся обычно десятки минут, светимость таких звезд увеличивается в десятки раз, причем одновременно наблюдаются всплески радиоизлучения, а также рентгеновского излучения. По-видимому, в этом случае наблюдается феномен, аналогичный солнечным вспышкам, но только в гораздо большем масштабе. Вообще такой тип переменности звезд связан с нестационарными процессами в их поверхностных слоях.

Особняком стоит группа «взрывающихся» звезд — новых и сверхновых. Если вспышки новых не связаны с коренным изменением структуры звезды (см. ниже § 14), то вспышки сверхновых, которые происходят чрезвычайно редко, сопровождаются катастрофическими изменениями звездной структуры. Это редчайшее явление настолько важно для астрономии, что ему будет посвящена отдельная глава этой книги.