Тайны звездных вспышек

День начался как обычно. На востоке из-за горизонта показался ослепительно яркий краешек Солнца, и через полчаса вся природа упивалась потоками живительного солнечного света.

Около полудня с Солнцем что-то произошло. Всегда неизменное и спокойное, оно вдруг как бы «подернулось» и стало заметно ярче. Поначалу, занятые своими земными делами, люди не заметили, что стало несколько жарче. Но потом взоры всех обратились к небу.

На небе творилось необычное. Медленно склоняясь к закату, Солнце непрерывно росло, чудовищно увеличиваясь в своих размерах. Все ярче, все ослепительнее становился распухающий солнечный диск, все нестерпимее становилась удушающая жара.

К концу дня, когда солнечный диск стал по поперечнику в сто раз больше видимого диаметра Луны, на Земле начали испаряться реки, моря и океаны. Густой раскаленный туман наполнил атмосферу Земли. Он скрыл от глаз последних представителей гибнущего человечества продолжавшее безудержно расти Солнце.

Прошло еще несколько часов, и Солнце, закрыв собой весь небосвод, поглотило уже безжизненную Землю. Чудовищный вихрь раскаленных газов пронесся по Земле, сметая все следы уничтоженной им органической жизни.

Раздувшись до размеров орбиты Марса, Солнце затем начало спадать, освобождая испепеленные им планеты…

Нарисованная картина «огненной гибели» Земли расценивается некоторыми буржуазными астрономами как пророческая. Они пытаются уверить человечество, что такая катастрофическая вспышка Солнца рано или поздно обязательно произойдет. Не называя сроков «огненной гибели» Земли, они оставляют человечество в положении преступника, приговоренного к смертной казни, но не знающего срока ее исполнения. Что может быть ужаснее такого положения? Стоит ли строить счастливую жизнь на Земле, если каждую секунду может произойти катастрофа? Не лучше ли, как это советуют некоторые зарубежные представители церкви, обратиться на путь «духовного спасения» и постараться поскорее переселиться в «потусторонний мир»?

Вопросы эти около четверти века назад были поставлены очень остро. И в те времена на них еще нельзя было дать удовлетворительный ответ. Не были известны факты, которые бы убедительно доказали ошибочность «пророчеств» о неминуемой вспышке Солнца. Но теперь дело обстоит совсем иначе.

Среди звезд действительно имеются такие, которые переживают невообразимо мощные по масштабам вспышки. Если вокруг них есть планеты, то гибель жизни на этих планетах при вспышке звезды была бы неизбежной. Возможно поэтому, что описанная выше картина космической катастрофы где-нибудь и соответствует действительности. Но Солнце, как мы сейчас в этом убедимся, не может принадлежать к числу вспыхивающих звезд.

Звезды, переживающие мощные вспышки, называют новыми звездами. Трудно, пожалуй, придумать для этих небесных тел более неудачное название. Единственным оправданием может служить то, что в древности вспыхивающие звезды действительно принимались за только что возникшие, новые звезды.

Психология древних астрономов вполне понятна. В те времена небо считалось вечным и неизменным. Многие из астрономов древности разделяли то мнение, что звезды являются своеобразными светильниками, прикрепленными к хрустальным небесам.

Легко представить себе изумление Гиппарха, который во II веке до нашей эры заметил в созвездии Скорпиона незнакомую ему новую звезду. Еще удивительнее был для него, вероятно, тот факт, что, проблистав на небе непродолжительное время, новая звезда постепенно потускнела, а затем и вовсе скрылась, как бы растаяв в черной бездне неба.

Это происшествие на небе доказывало, что и «небеса» изменяются, а значит, у них есть свойства, общие с Землей, — таков был важный философский вывод из первого в Европе наблюдения новой звезды.

Древние китайские астрономы регистрировали вспышки каждой новой звезды. «Погостив» непродолжительное время на небе, удивительные звезды исчезали, именно поэтому китайцы каждую новую звезду называли звездой-гостьей.

В 1572 году в созвездии Кассиопеи вспыхнула яркая новая звезда. Ее наблюдал известный датский астроном того времени Тихо Браге. Яркость звезды была так велика, что первое время ее можно было наблюдать даже днем, при полном солнечном свете.

Проблистав на небе около полутора лет, загадочная звезда Тихо Браге исчезла. Его суеверные современники распустили слух, что появление таинственной звезды было связано с кровавой варфоломеевской ночью.

Шли века. Время от времени на небе вспыхивали и затем погасали яркие новые звезды. Последней из них была новая звезда, вспыхнувшая в конце 1934 года в созвездии Геркулеса.

С помощью телескопов и фотографии новые звезды теперь открывают гораздо чаще, чем в прошлые века. Правда, большинство из них так далеко от Земли, что невооруженным глазом их различить невозможно.

Во многих обсерваториях мира имеются так называемые стеклянные библиотеки. Не подумайте, что речь идет об обычных библиотеках со стеклянными шкафами или стенами. Стеклянные библиотеки астрономических обсерваторий — это уникальные коллекции негативов со снимками различных участков звездного неба. В стеклянных библиотеках фотографически точно запечатлена история неба. Роясь среди тысяч негативов, полученных в прошедшие годы, можно узнать, как выглядела та или иная звезда много лет назад.

Именно этим способом было доказано, что название «новая звезда» неудачно. Изучая снимки тех участков неба, где вспыхивали новые звезды, астрономы доказали, что до своей вспышки новая звезда была обычной, спокойной, но слабосветящейся звездой. Пережив вспышку, она постепенно снова успокаивается и возвращается к тому же состоянию, в котором находилась до вспышки. Этот факт был бы известен еще древним, если бы их зрение могло быть усилено телескопом. На самом же деле о существовании слабых телескопических звезд они даже не подозревали.

Вспышка новой звезды.

Новые звезды — это звезды, переживающие в своей жизни какие-то странные и очень мощные вспышки. В течение суток блеск новой звезды возрастает иногда в тысячи раз. В среднем амплитуда (то есть размах колебаний) блеска новых звезд достигает 12 звездных величин, что соответствует увеличению блеска более чем в пятьдесят тысяч раз. В отдельных случаях некоторые из новых звезд, вспыхивая, увеличивают свой блеск в четыреста тысяч раз!

Трудно представить себе наглядно масштаб этих грандиозных изменений. Если бы обычная свеча неожиданно засияла, как мощный прожектор, она скопировала бы (конечно, в миниатюре) вспышку новой звезды.

По исследованиям профессора Б. А. Воронцова-Вельяминова, до и после вспышки новые звезды являются сравнительно маленькими горячими и плотными звездами, по размерам более близкими к Земле, чем к Солнцу. Их спектры вовсе не похожи на спектр Солнца. Это особый класс звезд, к которому наше Солнце, к счастью, не принадлежит.

Спите спокойно, дорогие читатели! Солнце не вспыхнет, как новая звезда, и «огненная гибель» нам не угрожает!

Сейчас пока еще трудно сказать, какие именно процессы приводят новую звезду к вспышке. Выдвигавшиеся до сих пор гипотезы не получили всеобщего признания и не смогли объяснить все стороны процессов, происходящих с новыми звездами. Самой правдоподобной из них является гипотеза, разработанная советскими астрономами профессорами А. И. Лебединским и Л. Э. Гуревичем.

В недрах новых звезд непрерывно вырабатывается ядерная энергия. Иногда, по мнению Лебединского и Гуревича, выделение ядерной энергии внезапно, скачкообразно увеличивается. Газы звезды «перегреваются», возникает так называемая детонационная волна, то есть происходит взрыв, который сбрасывает со звезды в окружающее пространство ее внешние газовые оболочки.

Эта гипотеза не безупречна. Она встречает ряд возражений.

Имеются и другие объяснения причин вспышек новых звезд, что, конечно, является признаком недостатка знаний. Здесь есть какие-то еще не разгаданные тайны.

О том, что именно происходит при вспышке новой звезды, можно судить по ее спектру. Незадолго до момента достижения наибольшего блеска спектр новой звезды похож на спектр звезд-сверхгигантов. Его темные поперечные линии смещены к фиолетовому концу на величину, соответствующую скорости приближения в несколько сотен километров в секунду. Именно в этот период раздувшаяся атмосферная оболочка новой звезды кажется несущейся прямо на нас.

Но вот блеск звезды достиг максимума. В этот день в спектре звезды происходят удивительные изменения. Место темных линий занимают широкие яркие полосы, на фиолетовом конце которых виднеется резкая темная линия. Она смещена с нормального положения на величину, соответствующую скорости около тысячи километров в секунду.

Для лиц, не искушенных в спектральном анализе, эти спектральные иероглифы совершенно непонятны. Но астрофизик легко переведет их на общедоступный язык. Он пояснит, что в момент максимума внешние атмосферные оболочки звезды отрываются от ее поверхности. Причиной этого, как доказали исследования советского астронома профессора Э. Р. Мустеля, является внезапно возросшее световое давление. Оно как бы «сдувает» со звезды ее внешнее газовое покрывало.

После максимума спектр новой звезды непрерывно и сложно меняется. Удаляясь от звезды, ее газовая оболочка становится все разреженнее и прозрачнее. Сквозь нее начинает все яснее и яснее проглядывать «обнаженная», сжавшаяся звезда. В этих процессах и кроется главная причина тех изменений, которые наблюдаются в спектре звезды. Внешне он напоминает спектры звезд типа Вольф — Райе. Но количество света, излучаемое новой звездой после вспышки, во много раз меньше, чем у звезд этого типа.

Постепенно, в течение многих месяцев, новая звезда успокаивается, и ее спектр снова приобретает вполне нормальный вид.

Новые звезды называют иногда взрывающимися звездами. Вряд ли такое название удачно. Оно создает ложное впечатление, что новые звезды переживают непоправимую катастрофу, взрываясь, как атомная бомба. На самом же деле вспышка обходится новой звезде сравнительно дешево — сброшенная ею газовая оболочка составляет лишь одну стотысячную долю обшей массы звезды. Поэтому грандиозная по земным масштабам катастрофа имеет для новой звезды в буквальном смысле слова поверхностный характер и, конечно, вовсе не приводит ее к полному разрушению.

Вспыхнула новая звезда, сбросив с себя при этом некоторое количество раскаленных газов. Разлетаясь от звезды, они через какое-то время окутывают сжавшуюся новую звезду в виде небольшой светлой туманности.

В некоторых случаях туманности вокруг бывших новых звезд напоминают по форме планетарные туманности. Есть, однако, между ними существенное различие- масса планетарной туманности примерно в сто раз больше, чем масса газов, выброшенных при одной вспышке новой звезды.

Может быть, каждая новая звезда вспыхивает не один, а много раз в своей жизни; в этом случае газовые оболочки звезды постепенно накапливаются в большую планетарную туманность.

Произведем несложные подсчеты. По данным статистики. в нашей Галактике ежегодно вспыхивает в среднем около ста новых звезд. Если принять возраст Земли равным четырем миллиардам лет, то за все время ее существования должно вспыхнуть около четырехсот миллиардов звезд. Но в Галактике всего около ста пятидесяти миллиардов звезд. Значит, за время существования Земли либо каждая звезда Галактики (в том числе и Солнце) вспыхивала два-три раза, либо вспыхивают не все, а только некоторые из звезд, но зато по многу раз.

Правильно, конечно, второе. Солнце не вспыхивало раньше, иначе на Земле не было бы жизни. Не может оно вспыхнуть и впредь, о чем уже говорилось. Следовательно, вспыхивают, и притом многократно, только звезды определенного типа, которые мы называем «новыми звездами».

Как же часто повторяются вспышки новых звезд?

В 1933 году советские астрономы Б. В. Кукаркин и П. П. Паренаго подробно исследовали вспышки так называемых новоподобных звезд. Это действительно что-то вроде новых звезд в миниатюре. При вспышках их блеск возрастает на 3–5 звездных величин, а не на 11–14 звездных величин, как у новых звезд. Каждая вспышка занимает несколько часов, а затем в течение нескольких дней блеск новоподобной звезды постепенно уменьшается до того уровня, на котором он был до вспышки.

Новоподобные звезды вспыхивают не вполне регулярно. Указать точно день и час, когда произойдет очередная вспышка, невозможно. Но в среднем для каждой новоподобной звезды можно установить некоторый средний период между вспышками, который держится вполне устойчиво.

Б. В. Кукаркин и Π. П. Паренаго нашли, что между амплитудой и средним периодом вспышек новоподобных звезд существует определенная зависимость. Оказалось, что чем продолжительнее средний период между вспышками звезды, тем больше амплитуда вспышек.

Например, новоподобные звезды, вспыхивающие в среднем каждые тридцать четыре дня, изменяются в блеске на 2,88 звездной величины. Те же из звезд, у которых вспышки повторяются в среднем через семьдесят один день, увеличиваются при этом в блеске на 3,05 звездной величины.

Повторяем, что во всем, кроме масштабов явлений, новоподобные звезды вполне напоминают новые звезды. Об этом свидетельствуют и те изменения, которые происходят в их спектрах. Естественно поэтому думать, что открытая двумя советскими астрономами взаимосвязь между средним периодом и амплитудой распространяется и на новые звезды.

Факты подтверждают эти выводы. Между типичными новыми и новоподобными звездами существует непрерывный переход. Он заполнен звездами, называемыми повторными новыми. Среди них имеется, например, звезда Т Компаса, которая, подчиняясь найденному закону, уже вспыхнула за последние семьдесят лет четыре раза.

У новой звезды Т Северной Короны вспышка впервые наблюдалась в 1866 году. В максимуме блеска она стала звездой 2-й величины, а потом по фотоснимкам выяснилось, что до вспышки Т Северной Короны имела блеск звезды 11-й величины. При амплитуде в 9 звездных величин средний период между вспышками должен быть близким к восьмидесяти годам. И действительно, в 1946 году советский любитель астрономии А. С. Каменчук первым заметил незнакомую ему яркую звезду в созвездии Северной Короны — то была повторная новая звезда, вспыхнувшая точно по расписанию.

Применим теперь открытый закон к типичным новым звездам. Считая, что амплитуда их вспышки равна в среднем 12 звездным величинам, легко найти, что средний период между отдельными вспышками обычных новых звезд близок к пяти тысячам лет!

Не часто повторяют свои вспышки яркие новые звезды. Неудивительно поэтому, что за всю историю астрономической науки, насчитывающую три-четыре тысячи лет, не замечено, что какая-нибудь из очень ярких новых звезд снова вспыхнула. Но что новые звезды за миллиарды лет своего существования вспыхивают десятки и сотни тысяч раз — в этом нет сомнения.

Напрягите теперь ваше воображение и попробуйте наглядно представить себе то, о чем пойдет речь. Ничего более удивительного, фантастически грандиозного и непонятного мы в Космосе не знаем.

Сверхновые звезды — еще одно неуклюжее название, скрывающее за собой, быть может, самые мощные из наблюдаемых нами в природе изменений. Оно введено для обозначения тех звезд, вспышки которых невообразимо грандиознее вспышек обычных новых звезд.

В соседней с нашей Галактикой исполинской звездной системе, видимой в созвездии Андромеды, в 1885 году заблистала необыкновенная звезда. Ее вспышка во многом напоминала вспышки обычных новых звезд, но масштабы явлений были совсем иные. В максимуме блеска удивительная звезда сияла почти так же ярко, как вся звездная система, к которой она. принадлежала! Одна звезда сияла, как сотни миллионов солнц! Было чему удивляться не только человеку, далекому от астрономии, но даже и астроному-специалисту.

Сверхновые звезды — большая редкость. В среднем в каждой звездной системе (галактике) только раз в четыреста лет вспыхивает одна сверхновая звезда. Может быть, это и неплохо. Если бы какая-нибудь из сверхновых звезд вспыхнула по соседству с Солнцем, ее излучение, возможно, нанесло бы вред обитателям Земли.

В нашей Галактике наблюдались вспышки нескольких сверхновых звезд. Одной из них была уже известная нам таинственная звезда Тихо Браге.

Есть основания полагать, что сверхновые звезды при вспышке увеличиваются в яркости на 20 звездных величин. Это означает, что их блеск изменяется в сто миллионов раз! Самые же яркие из сверхновых звезд сияли, как пятнадцать миллиардов солнц!

Анализ спектров сверхновых звезд показывает, что при вспышке эти «сверхзвезды» чудовищно раздуваются. Если бы Солнце превратилось в сверхновую звезду, то оно, раздувшись, охватило бы собой всю планетную систему. Это все равно как если бы булавочная головка раздулась до размеров, сравнимых со зданием Московского университета! Любопытно, что скорость расширения звезды достигает шести тысяч километров в секунду!

Столь невообразимо мощный взрыв сопровождается выделением колоссального количества энергии — 1050 эрг!

Допустите на мгновение, что за эту энергию мы должны были бы платить по той же, скажем, таксе, как и за электроэнергию. Какую же сумму пришлось бы тогда внести в воображаемый «космический банк»?

Может быть, вы подумали, что слитком золота величиной с земной шар задолженность была бы ликвидирована?

Ошибаетесь! Чтобы уплатить за вспышку одной сверхновой звезды, пришлось бы такие золотые земные шары вносить в банк каждую минуту в продолжение полутораста тысяч лет!

Не ожидали?

Увы, таковы «астрономические масштабы», которыми нас удивляет природа.

Как и новые звезды, сверхновые «чудовища» после своих вспышек оказываются окутанными газовыми туманностями. Только в данном случае они гораздо более мощны, чем у новых звезд. Примером их может служить знаменитая Крабовидная туманность, названная так за некоторое внешнее сходство с крабом.

Установлено, что Крабовидная туманность образовалась при вспышке в созвездии Тельца в 1054 году сверхновой звезды. Выброшенные звездой газы до сих пор продолжают расширяться со скоростью около 1300 километров в секунду. В настоящую эпоху поперечник Крабовидной туманности равен шести световым годам, что в полтора раза больше расстояния от Солнца до ближайшей звезды — Альфы Центавра. Масса туманности в пятнадцать раз больше массы Солнца, то есть в полтора миллиона раз больше массы газовых оболочек, выбрасываемых новыми звездами. Все это подчеркивает грандиозность катастрофы, породившей Крабовидную туманность.

Крабовидная туманность.

Мы пока не знаем, что именно «взрывает» сверхновую звезду. Астрономы всегда обнаруживают катастрофу уже в «разгаре», когда причину обнаружить нелегко. Неизвестно так же, во что обращаются сверхновые звезды после своей вспышки. В центре Крабовидной туманности наблюдается необычная звездочка. По спектру выяснилось, что температура ее поверхности не ниже 14 тысяч градусов, а может быть, даже равна полумиллиону градусов.

Если это бывшая сверхновая звезда, то, видимо, для нее тысячелетие оказалось недостаточным, чтобы успокоиться и остынуть. Плотность звезды необыкновенно велика- наперсток, наполненный ее веществом, весил бы 300 килограммов!

Весьма возможно, однако, что видим мы не бывшую сверхновую звезду. По теории, защищаемой американским астрономом Цвикки, энергия вспышек сверхновых звезд не может быть объяснена обычными источниками звездной энергии. По мнению Цвикки, в процессе вспышки сверхновая звезда сжимается так сильно, что электроны «втискиваются» в ядра атомов, где, соединяясь с протонами, образуют нейтроны, и, таким образом, после вспышки сверхновая звезда становится «нейтронной» звездой.

У такой звезды поперечник должен быть равен всего 10 километрам. Зато плотность ее так велика, что булавочная головка, сделанная из вещества нейтронной звезды, весила бы 100 тысяч тонн!

Теория Цвикки объясняет многие факты. К сожалению, сами нейтронные звезды пока недоступны прямому наблюдению — слишком далеки они от нас и слишком слаб их свет. Вот почему некоторые астрономы вообще сомневаются в их существовании.

Поживем — увидим. Увидим, быть может, нейтронные звезды, чудо из чудес, на которые способна природа.

Наше знакомство с тайнами звездных вспышек было бы неполным, если бы мы прошли мимо по-своему удивительных звезд типа UV Кита. Большую часть времени эта звезда имеет блеск звезды 15-й звездной величины, но иногда ее яркость возрастает на 3 звездные величины, причем в колебаниях блеска не было обнаружено какой-нибудь периодичности.

В сентябре 1952 года в одну из ночей блеск звезды UV Кита внезапно возрос на 2,5 звездной величины и затем снова спал до прежнего уровня всего за четыре минуты.

В ночь на 25 сентября того же года UV Кита снова вспыхнула, увеличившись в блеске за двадцать секунд на пять звездных величин, то есть в сто раз! Таких быстрых колебаний яркости ни у одной переменной звезды раньше не наблюдалось.

В настоящее время известно еще несколько звезд, похожих на UV Кита. Они необычайно быстро вспыхивают и вновь погасают, причем никакой регулярности в этом процессе не замечено.

Пока трудно объяснить, в чем причина этих вспышек. Может быть, у них есть много сходного, кроме масштабов, с известными нам хромосферными вспышками на Солнце. Академик В. А. Амбарцумян считает звезды UV Кита молодыми, еще не вполне сформировавшимися объектами. По его мнению, из недр этих звезд на их поверхность время от времени извергается «дозвездное вещество», распад которого сопровождается выделением большого количества энергии.

Все это — лишь догадки. Связь между отдельными типами вспыхивающих звезд еще полностью не выяснена. Тайны звездных вспышек во многом остаются пока нераскрытыми.