Звезды: их рождение, жизнь и смерть [заметки]

1

1 На этих диаграммах вместо спектральных классов по оси абсцисс приведены показатели цвета B - V . Значению B - V , равному -0,4 -0,2, соответствуют звезды классов О и В, значению B -V , равному +1,6, звезды класса М.

2

2 Звезды, имеющие «сферическое» пространственное распределение, обладают значительными хаотическими скоростями (до 100 км/с), в то время как у «плоских» объектов эти скорости малы ( 10 км/с). Такие различия в хаотических скоростях тесно связаны с различием в пространственном распределении (аналогия с известной барометрической формулой: более горячий газ образует более протяженную атмосферу).

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.

4

Из этого правила есть одно важное исключение: если энергетические уровни атома или молекулы очень близки к «основному», а радиационные переходы между ними являются «запрещенными», то «населенность» «возбужденных» уровней может быть сравнима с населенностью основного.

5

А не 4, как может показаться, потому что на поверхности звезды поток излучения направлен только наружу, т. е. даже там условие термодинамического равновесия не выполняется.

6

У этого правила есть важные исключения, о которых речь будет идти ниже.

7

Примерно такая же температура была получена на спутнике «Коперник» из анализа ультрафиолетовых линий поглощения.

8

В окрестностях Земли наблюдаются первичные космические лучи с энергией, превышающей миллиард электронвольт. Но это не значит, что в межзвездном пространстве нет космических лучей с энергией, меньшей, чек миллиард электронвольт. Просто сравнительно мягкие космические лучи «не доходят» до Земли. Они не могут попасть в Солнечную систему, так как «выталкиваются» из нее намагниченными облаками очень разреженной плазмы, выбрасываемыми из Солнца («солнечный ветер»).

9

При этом предполагается, что в процессе дальнейшей эволюции вещества во Вселенной дейтерий в недрах звезд не образовывался, что далеко не очевидно (см. § 8).

10

7 Забавно, что высоковозбужденные атомы имеют размеры 10^-2 см, т.е. в десятки тысяч раз больше, чем нормальные атомы, так как диаметр боровской орбиты пропорционален n²

11

В последнее время все большее распространение получают термины «темные» и «черные» облака. «Черные» облака более плотны и в них величина поглощения света A > 5 (т. е. интенсивность оптического излучения, проходящего облако, ослабевает больше чем в 100 раз).

12

Более подробно см, книгу автора «Вселенная, жизнь, разум», глава 10, «Наука», 1980.

13

Только в конце 1973 г. была обнаружена очень слабая радиолиния молекулы СН, длина волны которой 9,45 см, что довольно близко к вычисленному мною 30 лет назад значению.

14

Из анализа линий поглощения СО в области галактического центра выяснилось, что по крайней мере 90% присутствующего там межзвездного газа находится в молекулярном состоянии. Кроме того, весьма большое количество молекулярных облаков концентрируется внутри самого мощного внутреннего рукава Галактики, удаленного от ее центра на расстояние около 4 кпс.

15

Единица спектральной плотности потока равна 10^-26 Вт/м² Гц.

16

Точнее, разница в давлении газа на разной глубине внутри звезды.

17

Заметим, однако, что при фокусировке мощного лазерного луча на мишень (которая, конечно, при этом мгновенно испарится) в течение 10^-9 секунды может возникнуть давление отдачи на нее (обусловленное испаряющимися атомами), достигающее 10¹² атмосфер!

18

Именно по этой причине поток реликтового излучения Вселенной (как это ни парадоксально) почти равен нулю. «Почти» потому, что могут быть незначительные отклонения от строгой изотропии.

19

Так как излучение выходит наружу из слоев звездной атмосферы с несколько разной глубиной, температуры которых немного отличаются, T_e имеет смысл «эффективной температуры».

20

Коэффициент поглощения вещества определяется следующим образом. Пусть мы имеем некоторый слой вещества с очень малой толщиной l и плотностью . После прохождения этого слоя интенсивность излучения уменьшится на величину Il. При этом предполагается, что сам слой не излучает.

21

Существует еще специфический механизм поглощения излучения полностью ионизованным газом («свободно-свободные переходы»), но у звезд, сходных с Солнцем, этот механизм несуществен.

22

Заметим, что при такой ситуации водород «выгорает» только внутри конвективной зоны, между тем как наружные слои звезды, где сосредоточена основная часть ее массы, не перемешиваются с конвективным ядром.

23

В отдельных редких случаях при катастрофических процессах, являющихся причиной взрыва звезд, реакции с нейтронами, по-видимому, могут иметь существенное значение.

24

Символ [ ] здесь означает концентрацию данного сорта частиц

25

В последние годы В. А. Любимов и его коллеги экспериментально нашли, что масса покоя нейтрино конечна и близка к 20 эВ. Этот результат (значение которого трудно было бы переоценить, особенно для космологии) нуждается в независимом подтверждении.

26

Любопытно отметить, что предыдущее межледниковое время, бывшее на Земле около 100 000 лет назад, закончилось очень быстро, по геологическим масштабам даже внезапно. За какую-нибудь сотню лет теплолюбивые виды животных покинули воды Гренландии и Ньюфаундленда. Имеются некоторые основания полагать, что наше межледниковое время подходит к концу, по-видимому, столь же быстро.

27

На это обстоятельство впервые указал советский физик-теоретик Я. И. Френкель в 1928 г. За два года до этого английский физик Р. Фаулер впервые применил теорию вырожденного газа для объяснения природы белых карликов. Полная теория белых карликов была развита Чандрасекаром.

28

Учет «нейтронизации» вещества при большой плотности (см. § 22) снижает этот предел до 1,2M.

29

Из-за наличия сильного магнитного поля излучение белых карликов должно быть слегка поляризовано по кругу. Изучая зависимость этой поляризации от времени, можно, в принципе, определить периоды вращения белых карликов. В тех немногих случаях, для которых эти очень деликатные наблюдения были выполнены, периоды осевого вращения оказались довольно значительными, порядка суток. Этот результат должен иметь существенное значение для проблемы звездной эволюции.

30

Некоторая часть красных гигантов у молодых звездных скоплений может быть протозвездами, находящимися в стадии сжатия и движущимися к главной последовательности. Однако, в принципе, их можно отличить от «настоящих» красных гигантов, являющихся более или менее «старыми» звездами (см. § 5).

31

Мысль о том, что красные гиганты образуются из звезд главной последовательности после выгорания ядерного горючего в недрах последних, впервые была высказана Э. Эпиком еще в 1938 г.

32

Следует, однако, иметь в виду, что содержание тяжелых элементов у разных шаровых скоплений меняется в довольно широких пределах. Более того, даже у одного скопления разные звезды иногда имеют разные Z. Действительность всегда богаче любой схемы.

33

Планетарные туманности в этих ближайших к нам галактиках удалены от нас на практически одинаковое расстояние, поэтому их светимости сравнительно легко определяются из видимых звездных величин.

34

Тщательные поляриметрические наблюдения доказали, что бывшая новая, вспыхнувшая в созвездии Геркулеса в 1934 г., вращается вокруг оси с периодом 142 секунды, причем скорость вращения постепенно растет. Такое быстрое вращение легко объясняется потоком газа от второй компоненты (красного карлика), приносящего большой вращательный момент.

35

Исключение могут составлять только самые центральные области таких галактик.

36

Исключение составляют позитроны.

37

Поэтому в формулах для синхротронного излучения, приведенных на стр. 460, вместо H надо поставить H — составляющую поля, перпендикулярную к скорости релятивистского электрона. Обычно H близко к H, и эта поправка принципиального значения не имеет.

38

У планетарных туманностей излучение единицы объема пропорционально N_e², а светимость всей туманности L N_e²R³. Так как N_e MR^-3 (где M — масса туманности), то L M²R^-3, а интенсивность I M²R^-5. Отсюда следует, что расстояние до туманности r M^2/5I^-1/5-1, так как r = R/.

39

В частности, Слайфер первый обнаружил красное смещение линий в спектрах удаленных галактик.

40

Наблюдаются и кванты с энергией 10¹¹—10¹² эВ по вызываемым ими вспышкам черенковского излучения в земной атмосфере (см. § 20).

41

Теорию векового ускорения волокон Крабовидной туманности предложил в 1954 г. выдающийся советский астроном С. Б. Пикельнер.

42

На месте вспышки Сверхновой 1006 г. был обнаружен протяженный источник рентгеновского излучения.

43

Исключение, по-видимому, представляет процесс обогащения железом при вспышках сверхновых I типа (см. ниже).

44

Для этого нужно, конечно, чтобы звезда за время существования Галактики успела проэволюционировать, т. е. ее масса должна быть не меньше, чем 1,2 1,3M

45

Следует все же заметить, что некоторые «молодые» нейтронные звезды (возраст меньше 10⁵ лет, а температура поверхности больше 10⁶ К) могут быть обнаружены по их тепловому рентгеновскому излучению, Таких объектов, однако, сравнительно мало.

46

Буквы «СР» означают «Кембриджский пульсар», число «1133» означает, что прямое восхождение пульсара равно 11 часам 33 минутам.

47

Именно от этого пульсара было обнаружено гамма-излучение (см. § 16).

48

В настоящее время (1983 г.) самым коротким из известных орбитальных периодов обладает звезда 15^m AM Гончих Псов (1051,2 секунды или 17,5 минуты).

49

Периоды вращения некоторых бывших новых — компонент тесных карликовых систем — порядка десятков и сотен секунд (см. § 14).

50

Тот факт, что периоды вращения «новорожденных» пульсаров могут быть очень малы ( 10^-3 с), означает, что они возникли в процессе катастрофического сжатия ядер неких звезд, вращающихся очень быстро, всего лишь за несколько десятков минут.

51

В 1974 г. было измерено собственное движение одного из самых близких пульсаров СР 1133. Оно оказалось около 0,6 секунды дуги в год, откуда, принимая расстояние до пульсара 130 парсек (как это делается — см. § 21), получаем тангенциальную скорость 310 км/с. Вскоре после этого собственное движение было измерено еще у 7 близких пульсаров. Их тангенциальные скорости находятся в пределах 80—500 км/с. В настоящее время (1983 г.) собственные движения надежно измерены еще у двух десятков пульсаров. Согласно этим измерениям средняя пространственная скорость их превышает 200 км/с.

52

Совсем недавно (конец 1982 г.) был обнаружен пульсар с периодом 1,5 миллисекунды, т. е. в 20 раз меньшим, чем у NR 0531.

53

Интересно отметить, что сверхжесткое гамма-излучение с энергией квантов 10¹¹—10¹³ эВ резко отличается от более мягкого. Оно переменно со временем, фаза импульсов меняется, а спектральная плотность потока не убывает с ростом частоты. По-видимому, сверхжесткое излучение генерируется совершенно особым механизмом.

54

По этой причине указанный цилиндр называется «световым цилиндром».

55

См., впрочем, стр. 757.

56

В 1975 г. было обнаружено мягкое рентгеновское излучение этого источника.

57

Необходимость образования такого диска следует из закона сохранения момента количества движения.

58

Такие источники довольно часто наблюдаются на небе. Внешне это явление вполне похоже на вспышку новой звезды. Обычно эти источники наблюдаются несколько недель или месяцев, после чего гаснут. Некоторые из них достигают огромной яркости. Пока рекорд держит источник, вспыхнувший летом 1975 г. неподалеку от созвездия Ориона. Его яркость на порядок превышала яркость Скорпиона Х-1, являющегося ярчайшим из «стационарных» источников. Весьма вероятно, что по крайней мере некоторые из таких источников — это двойные системы, где нейтронная звезда движется по эксцентричной орбите, а оптическая компонента обладает сильно меняющимся по мощности звездным ветром. В случае яркого «временного» источника A 0535+26, у которого период вращения 104 с, была найдена модуляция этого периода, указывающая на орбитальное движение вокруг горячей массивной звезды с периодом либо около 40, либо около 80 суток.

У «временного» источника А 1118—61 также были обнаружены указания на наличие 8-дневного орбитального периода. Таким образом, сейчас уже почти с достоверностью можно сказать, что все «рентгеновские звезды» («постоянные», «временные», «импульсные») образуются при аккреции газа на компактные, проэволюционировавшие объекты в двойных системах.

59

У барстера, расположенного около галактического центра (см. выше), наряду с 17-секундными импульсами, вызванными аккрецией газа, обнаружены значительно более «редкие» всплески термоядерного происхождения.

60

Двойной радиопульсар PSR 1913+16, обе компоненты которого — нейтронные звезды с массой 1,4M, имеющие период орбитального движения 7,75 часа, должен быть генератором гравитационных волн. Это мощное излучение непрерывно меняет орбиту системы. Такие изменения, по-видимому, обнаружены, что является доказательством реальности гравитационного излучения.