Рудольф Киппенхан - Рудольф Киппенхан 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд
Рис. 10.2. Распределение на небе рентгеновских источников, открытых спутником «Ухуру». Как и на рис. 8.4, координатная сетка выбрана так, что вся небесная сфера спроецирована на плоский овал. Млечный Путь тянется вдоль горизонтальной оси; центр Галактики находится в центре координатной сетки. Большая часть рентгеновских источников оказывается вблизи Млечного Пути; к центру их плотность увеличивается. Отмечены некоторые источники, упоминаемые в тексте.
В дальнейшем я ограничусь источниками, находящимися в нашей Галактике. Мы примерно знаем, как далеко они находятся от нас: в среднем на таком же расстоянии, как и большинство звезд Млечного Пути, т. е. порядка тысяч световых лет. По энергии доходящего до нас излучения можно оценить действительную мощность этих источников. Оказывается, они излучают в рентгеновском диапазоне примерно в тысячу раз сильнее, чем наше Солнце на всех длинах волн.
Рентгеновская звезда в созвездии Геркулеса
Рассмотрим вначале источник, открытый спутником «Ухуру», в созвездии Геркулеса, которому присвоили название Геркулес Х-1. Излучение, принятое спутником от этого источника, представляет собой импульсы, следующие один за другим через 1,24 секунды (рис. 10.3).
Рис. 10.3. Рентгеновские вспышки источника в созвездии Геркулеса, открытого спутником «Ухуру».
Интервал между соседними импульсами, однако, не строго постоянен. Он то уменьшается, то увеличивается, и период этого изменения составляет 1,70017 суток (рис. 10.4). Это может служить указанием, что рентгеновский источник движется то по направлению к нам, то от нас, как если бы он обращался вокруг другого небесного тела. Представим себе, что рентгеновский источник обращается вокруг центральной звезды с периодом около суток по круговой орбите и при этом каждую секунду испускает рентгеновский импульс. На рис. 10.5 показано, почему для наблюдателя импульсы будут приходить то чаще, то реже, в точности как это происходит с источником Геркулес Х-1. Итак, мы можем заключить, что источник обращается вокруг другой звезды с периодом 1,70017 суток.
Рис. 10.4. Схематическое изображение, показывающее изменение частоты импульсов источника Геркулес Х-1 с периодом 1,7 суток. Это изменение позволяет заключить, что источник является компонентой двойной системы.
Рис. 10.5. Вокруг звезды (красный кружок) по круговой орбите движется рентгеновский источник, посылающий импульсы каждую секунду. Удаленный наблюдатель В измеряет интервал между приходящими к нему импульсами. Вверху: путь, проходимый каждым из двух импульсов а и а', одинаков. Измеренный наблюдателем интервал равен одной секунде. В середине: пути, проходимые импульсами b и b', различны: вторая вспышка b' проходит больший путь. К наблюдателю импульсы приходят с интервалом больше одной секунды. Внизу: путь, проходимый второй вспышкой с', короче. К наблюдателю вспышки приходят с интервалом меньше одной секунды.
Читатель уже знает, куда мы клоним. Если одна звезда обращается на близком расстоянии вокруг другой, то они могут, если смотреть с Земли, затмевать друг друга мы будем иметь дело с такой же затменно-переменной, как Алголь или Дзета Возничего. Если наш рентгеновский источник обращается вокруг звезды, то может случиться, что в течение каждого периода, 1,70017 суток, он прячется за звездой, и тогда рентгеновское излучение должно пропадать.
Именно это и происходит с источником Геркулес Х-1! На рис. 10.6 представлены результаты, полученные спутником «Ухуру» за январь 1972 г.: каждые 1,70017 суток сигнал примерно на пять часов пропадает — источник в это время закрыт другой звездой!
Рис. 10.6. Поведение источника Геркулес Х-1 за достаточно долгое время. Точки показывают интенсивность рентгеновских импульсов, измеренную спутником «Ухуру». Вертикальные двойные линии отмечают период, равный 1,70017 суток. Видны пятичасовые интервалы, в течение которых вспышки исчезают, так как источник заходит за небесное тело, вокруг которого он обращается. Импульсы впервые регистрировались 9 января, а после 21 января исчезли. Это связано с 35-суточным циклом источника Геркулес Х-1, о котором идет речь в тексте.
Но дело обстоит еще сложнее! Рентгеновский источник излучает не все время. В течение примерно двенадцати суток он «включен» и посылает свои импульсы с интервалом 1,24 секунды с пятичасовым перерывом во время затмения. Затем он замолкает на 23 дня, а потом все начинается сначала.
Источник Геркулес Х-1 обнаружен
Что же находится в созвездии Геркулеса в том месте, откуда исходят рентгеновские импульсы? Спутник «Ухуру» мог определить положение источника лишь приблизительно. Как видно на рис. 10.7, в «область ошибки» попадало много звезд. Нет ли среди них такой, которая чем-либо выделяется среди остальных? Американский астроном Уильям Лиллер первым указал в этой области звезду, которая с 1936 г. значится в каталогах как переменная.
Рис. 10.7. Участок звездного неба, где был открыт источник Геркулес Х-1. Неприметная переменная звезда Хоффмейстера отмечена стрелкой.
И снова мы встречаемся с тем молодым лавочником, которому Гартвиг во время первой мировой войны позволил работать в Бамбергской обсерватории. В 1936 г. Гуно Хоффмейстер определил по снимкам звездного неба, что одна из звезд в области созвездия Геркулеса является переменной. Хоффмейстер давно уже защитил диссертацию, имел собственную обсерваторию, построенную частично на его личные средства, и вел систематический поиск переменных звезд. За свою жизнь он открыл их многие тысячи. Звезда в созвездии Геркулеса не представляла собой ничего особенного. Хоффмейстер не смог установить, подчиняется ли изменение яркости звезды простой закономерности, является ли оно периодическим. Когда он позднее следил за звездой еще несколько ночей, ему показалось, что изменения яркости вообще прекратились. В каталоги эта звезда вошла как HZ Геркулеса 1936, и никто не уделял ей особого внимания. Теперь же, когда эта звезда оказалась в окрестности вновь открытого рентгеновского источника, интерес к ней пробудился. Поскольку период обращения рентгеновского источника составлял 1,70017 суток, возникал вопрос, не изменяется ли яркость звезды Хоффмейстера с таким же периодом. Летом 1972 г. Джон и Нета Бакалл, проводя измерения в Тель-Авивской обсерватории, обнаружили, что период изменения яркости звезды Хоффмейстера имеет в точности такую величину.
Таким образом, видимая звезда и рентгеновский источник оказались как-то связанными между собой. Блеск звезды ослабевал, когда рентгеновские импульсы исчезали, т. е. когда источник находился позади звезды. Он усиливался, когда источник, если смотреть от нас, находился перед звездой (рис. 10.8). Причина такого изменения яркости понятна. Когда рентгеновский источник находится перед звездой, обращенная к нам сторона звезды нагревается из-за интенсивного рентгеновского облучения и становится более яркой. Когда же источник находится позади звезды, он нагревает невидимую для нас ее сторону. Если не считать этого эффекта, звезда является нормальной звездой главной последовательности с массой, равной двум солнечным.
Рис. 10.8. Блеск переменной звезды Хоффмейстера HZ Геркулеса периодически усиливался и ослаблялся (красная кривая). На схемах показаны взаимные положения звезды (серый кружок) и рентгеновского источника (черная точка), соответствующие максимуму и минимуму блеска. Когда для нас источник находится перед звездой, обращенная к нам ее сторона нагревается источником и становится ярче. Когда источник заходит за звезду, мы видим ее «нормальную», не разогретую источником сторону, и блеск ослабевает.
Почему же такой опытный наблюдатель как Хоффмейстер позднее счел звезду не переменной? На хранящихся в архивах старых снимках звездного неба можно увидеть, что изменение блеска звезды иногда прекращалось на целые годы. Что же, рентгеновский источник перестает нагревать ее? Может быть, в это время рентгеновский источник выключается? С того времени, как спутник «Ухуру» открыл рентгеновский источник, видимая HZ Геркулеса все время изменяет свой блеск в соответствии с периодом обращения. Но настанет, возможно, время, когда блеск ее снова на несколько лет станет постоянным. Тогда мы увидим, как будет вести себя рентгеновский источник.[25]
Рентгеновские звезды малы
Совершенно иначе ведет себя источник Лебедь Х-1 в созвездии Лебедя. Он посылает не периодические импульсы, а резко и непредсказуемо изменяет свою интенсивность.
