Науково-популярні статті з різних галузей астрономії

Свiт мінливих зiр

О. Ф. Пугач

кандидат фізико-математичних наук

Головна астрономічна обсерваторія НАН України

Мислителі древнього світу, що володіли разючими знаннями з таких світоглядних проблем, як безмежність світу, множинність сонць і планет у Галактиці, атомна структура речовини, на подив, нічого не знали про те, що зорі можуть змінювати свій блиск. У це важко повірити, але факт залишається фактом: європейська культура тільки на межі середньовіччя і нового часу познайомилася з поняттям про змінні зорі. До цього ні в античній, ні в арабській, ні раніше в середньовічній літературі не згадувалося про те, що зорі здатні змінювати свою яскравість, тобто мати властивість змінності.

У 1596 р. німецький астроном Д. Фабрицій (Фабриціус, 1564—1617) відкрив у сузір’ї Кита невідому раніше зорю, що незабаром знову стала невидимою. Чотирма десятиліттями пізніше голландський учений І. Гольварда установив, що поява цієї яскравої зорі була не випадковою, і що ця зірка (яку згодом назвали «Міра», тобто «Надзвичайна») періодично то яскравішає до 2 зоряної величини, то слабшає і стає невидимою. Згодом було виявлено чимало таких зір, які в сукупності стали називати міридами.

Наприкінці 18 століття англійський астроном Дж. Гудрайк відкрив ще три зорі — β Персея, β Ліри і δ Цефея — які строго періодично змінювали свій блиск і ці зміни могла бачити кожна людина, що уважно оглядає небо неозброєним оком.

Усі ці відкриття зіграли велику роль у розвитку астрономії. Це не було просто виявлення нових властивостей у відомих об’єктів. Працею названих і багатьох неназваних астрономів був зруйнований архаїчний міт про кришталевий небосхил мертвих незмінних зірок. Світ зір до початку 19 століття ожив. Зорі заграли, замиготіли, ставали видимими і невидимими, немовби спеціально своєю грою привертаючи увагу і аматорів, і професіоналів науки.

Про значення відкриття змінних зір можна сказати навіть більше. Якби ця подія трапилася років на 200 — 300 раніше (а для цього існували історичні передумови), то вона безсумнівно прискорила і полегшила б визнання людством геліоцентричної системи світу, обґрунтованої на початку 16 століття великим Коперником. А це своєю чергою прискорило б процес космізації планетарної свідомості.

У 20 столітті наука про змінні зорі, як й інші перспективні науки, розвивалася винятково швидкими темпами. За останні 10 — 20 років ми дізналися про змінні зорі більше, ніж за попередні 200 років. Що ж це за знання?

Коротко нагадаємо про три основні типи змінних зір.

Найвідоміші так звані затемнювані змінні. Як правило, це зоряні пари, у яких зорі, обертаючись навколо загального центру мас, по черзі закривають від спостерігача одна одну. Цим пояснюється змінність їхнього блиску. Серед найцікавіших затемнюваних систем є такі, у які входить не дві, а три чи навіть чотири зірки, що влаштували на небі невеликий зоряний хоровод.

А от інші змінні зорі, відомі як пульсуючі, зустрічаються майже винятково серед одиночних зірок. Зоря, незадоволена своєю самотністю, намагається звернути на себе увагу тим, що розпухає, роздувається, збільшує розмір і блиск. Однак енергії надовго не вистачає, і, досягши максимальної яскравості, зірка починає її втрачати і стає слабкою, набираючи за якийсь час нових сил перед наступним яскравішанням. Таких пульсуючих зір зараз нараховується декілька тисяч, і до них, до речі, належать згадані вище Міра Кита і δ Цефея.

Вивчення змінних зір, звісно, не зупинилося на їхній класифікації й опису морфології. Науковці, які досліджують ці зорі, виявили в них масу надзвичайних особливостей. Візьмемо, наприклад, пари затемнюваних зір, що обертаються навколо загального центру мас. Здавалося б, ну що тут може бути особливого? Однак, в залежності від відстані між зорями і від властивостей самих зір система може мати фантастичні властивості.

Наприклад, іноді спостерігають пари, у яких зорі розташовані так близько, що майже доторкаються одна до одної. Вони схожі на гантель, у якої відсутня ручка-перетинка. Якщо спостерігати таку пару збоку, графік зміни сумарного блиску нагадує за формою синусоїду, причому її період дорівнює половині періоду обертання. Якщо ж промінь зору є перпендикулярним до площини обертання, то ніякої зміни блиску ми не побачимо. Такі пари трапляються рідко, оскільки потрібно, щоб розміри і температури обох зірок були приблизно рівні.

Частіше трапляються «різнокаліберні» пари. Цікаве, наприклад, поєднання червоного гіганта і білого карлика. Тільки необізнаному читачеві може здатися, що головна роль тут належить гіганту. Якраз усе навпаки! Маса білого карлика зосереджена в малому об’ємі. Тому гравітація або сила тяжіння на його поверхні неймовірно велика. Кулькова ручка, приміром, там важила б понад тону. Ця жахлива сила перетворює білий карлик у лютого хижака. Він своїм сильним тяжінням буквально здирає з гіганта зовнішні шари його газової атмосфери і втягує в себе. Газ, що перетікає до карлика, утворює витягнутий струмінь. Цей струмінь має вид спіралі, оскільки зорі беруть участь у спільному обертанні, і це обертання закручує струмінь у спіраль. Частіше спіраль обвиває тільки карлика. Але якщо його маса недостатньо велика або замість нього у такій парі є зоря — звичайний карлик, то газова спіраль може обвивати обидві зорі, створюючи навколо них своєрідну оболонку. Неважко уявити собі величезні труднощі, з якими стикаються астрономи, коли розшифровують криву блиску такої пари. Адже яскравість системи залежить від того, під якими кутами видно спіраль, яка щільність і швидкість газу в струмені, як розташовані гігант і карлик відносно один одного, чи видно ту яскраву ділянку на поверхні карлика, куди падає газ. Картину змінності невпізнанно можуть спотворити пульсації гіганта або змінність карлика та інші причини.

Зазвичай швидкість перетікання речовини непостійна. Якщо газ порціями перетікає на зорю, в якої водень вигорів у процесі попередньої еволюції, то на цій, звичайно, дуже гарячій зорі термоядерне горіння водню може призводити до колосальних вибухів. Такі явища астрономи реєструють як спалахи новоподібних зір. Це ще один різновид дуже цікавої зоряної змінності, не схожий на жодні інші.

Отже, розглянувши усього лише один тип подвійної системи, у яку входять зорі з набором протилежних якостей, ми виявили величезне розмаїття видів змінності блиску. У короткій статті неможливо описати усі види змінних зір. Зазначимо тільки, що приблизно 30 000 виявлених до цього часу змінних зір розділяються за класифікацією майже на півсотні типів і підтипів, що мають свої неповторні якості. Кожен з них гідний спеціальної розмови, бо кожен з них приховує якусь відмінну рису навколишнього світу. Розмова про це цікава ще й тим, що вивчення змінних зіро супроводжувалося драматичною сутичкою ідей, гіпотез і уявлень, у боротьбі яких викристалізовувалося знання про загадкові зорі. Можна сподіватися, що «Наше небо» в наступних випусках розповість і про самі зорі, і про тих, хто присвятив їхньому вивченню своє життя.

І ще про один клас змінних зір — так звані еруптивні або вибухові зорі — обов’язково варто сказати декілька слів.

Нормальні зорі велику частину свого життя (поки в їхніх надрах вигоряє водень) проводять у стійкому, спокійному стані. Прикладом може бути наше Сонце. Але у період бурхливої юності, або навпаки, сивої старості, майже всі зорі стають змінними. Молоді ще не встигають досягти постійності, старі через неминучі вікові зміни змінюють структуру свого організму. Все це відбивається на їхній світимості. Молоді зорі частіше за все виявляються оточеними залишками того газо-пилового комплексу, з якого вони народилися. Навколозоряний пил є особливо сильним чинником змінності. Поглинаючи випромінювання зорі, він сильно послаблює її блиск. При цьому змінюються ступінь поляризації випромінювання, величина інфрачервоного надлишку, колір й інші характеристики випромінювання. Крім того, молоді зорі виявляють спроможність до непередбачуваних спалахів (цілком земна властивість молодості, чи не так?), коли блиск за лічені хвилини або навіть секунди зростає в декілька разів. Складне сполучення спалахової активності зі швидко мінливим поглинанням створює в результаті таку заплутану картину змінності блиску, що в багатьох випадках науковці неспроможні розшифрувати спостереження.

На старих зірках теж відбуваються еруптивні процеси, але вигляд вони мають цілком інший. Як правило, самого виверження речовини з поверхні зорі ми не бачимо, тому що воно відбувається плавно шляхом «видування» розпеченого газу з поверхні зорі. Зміни блиску ми починаємо спостерігати тільки тоді, коли викинута речовина, віддалившись від зорі, починає охолоджуватись. Тоді багато хімічних елементів (метали, вуглець, кремній) з газоподібного стану переходять у твердий, перетворюючись на мікрокристали або аморфні крупинки. Вся ця тверда фаза, що скондесувалася, називається пилом. У такий спосіб багато еруптивних зір самі створюють навколо себе своєрідні пилові оболонки. Цей пил сильно поглинає світло зорі й призводить до швидкого падіння яскравості.

Якщо в атмосфері такої зорі є багато вуглецю, то пари вуглецю при охолодженні утворять сажу, якою заповниться навколозоряний простір. Наш естетичний смак сприймає сполучення сяючої райдужної зорі й шматків кіптяви біля неї як нісенітницю, але такі зорі існують і мають назву «зірок, що коптять».

Чому астрономи так багато уваги приділять змінним зорям? Невже на небі недостатньо стабільних, стійких зір, які не здатні на несподіванки і сюрпризи? Звісно, досить, але річ не в тім. Коли ми хочемо краще вивчити або у всій повноті насолодитися творами Родена, Мікеланджело чи інших скульпторів, ми розглядаємо їхні твори під різними кутами, на різній відстані, при різному освітленні. Саме ці відмінності забезпечують повноту сприйняття. Так і зі змінними зорями. Спостерігаючи їх у різних станах, в умовах різного навколозоряного оточення, у різний час, ми глибше проникаємо у суть явищ, які там відбуваються, і це допомагає повніше зрозуміти, що трапиться зі звичайними, не змінними зорями.

Але не тільки цим цікавлять нас змінні зорі. Спостерігаючи їх, ми відчуваємо живий пульс Всесвіту. Перебуваючи на малесенькій Землі, ми є свідками незвичайних процесів, іноді навіть катастроф, що відбуваються від нас за десятки й сотні світлових років, ми спостерігаємо могутні рухи енергії і матерії, ми відчуваємо мовчазний перебіг часу. Саме тому так багато аматорів астрономії в усьому світі спостерігають за блиском зір, знаходячи в цьому не лише відпочинок і задоволення цікавості, але й отримують відчуття особистої причетності до таємниць, якими наповнене наше небо.

Джерело: «Наше небо», липень — серпень, 1999