Удивительные белые карлики
В начале XX века были открыты необычные звезды — белые карлики. Необычность их заключается в том, что состоят они из вещества, имеющего очень большую плотность.
История с белыми карликами восходит еще к наблюдениям выдающегося немецкого астронома Ф. Бесселя. Прослеживая в течение ряда лет собственное движение Сириуса — самой яркой звезды, он установил, что совершается оно не по прямой, а по волнистой линии. И в 1844 году Бессель пришел к выводу, что у Сириуса есть невидимая звезда-спутник, оказывающая на него заметное гравитационное воздействие.
А в это время известная американская фирма Алвама Кларка, изготовлявшая самые большие и мире линзовые телескопы, получила новый заказ. После того как Кларк закончил обработку нового 46-сапти-метроиого объектива, нужно было испытать его оптические качества. Объектив был установлен в трубе, и 31 января 1862 года она была направлена на Сириус. В поле зрения телескопа и отблеске Сириуса мастер-оптик увидел слабый «призрак». Ему показалось, что это дефект линзы, который следовало устранить. Однако «призрак» оказался маленькой звездочкой — компонентом Сириуса, предсказанным Бесселем.
С учетом особенностей движения Сириуса и его расстояния от Земли астрономам удалось определить характеристики обеих звезд двойной системы, названных Сириус А и Сириус В. Было найдено, что расстояние между звездам и компонентам и почти в 20 раз превышает расстояние Солнце—Земля, а период их обращения вокруг общего центра масс системы равен приблизительно 50 годам. Масса Сириуса А оказалась в 2,2 раза больше массы Солнца, а масса его спутника равна 0,95 солнечной. По вот светимость спутника оказалась в 10 тыс. раз слабее светимости самого Сириуса. Это вызывало недоумение. По абсолютной величине Сириус светит в 22 раза сильнее нашего Солнца. Отсюда следует, что спутник Сириуса светит б 450 раз слабее Солнца.
Как мы уже знаем, светимость звезды зависит от температуры ее поверхности и размеров. В 1915 году были получены первые спектрограммы спутника Сириуса. Они убеждали, что температура его поверхности не менее 8000 К, то есть выше температуры Солнца. Как объяснить тогда слабое излучение звезды? Ответ напрашивался сам собой: звезда-спутник должна иметь небольшие размеры. Первый же расчет показал, что радиус спутника Сириуса лишь в 2,5 раза больше радиуса Земли.
Получается удивительнейшая вещь: карликовая звезда обладает солнечной массой! Как сопоставить эти, казалось бы, взаимоисключающие факты? Остается лишь признать, что диковинная звезда сложена из чрезвычайно плотного вещества. Не составляет особого труда подсчитать, что средняя плотность вещества спутника Сириуса в 100 тыс. раз больше плотности воды! Кубический сантиметр такого вещества на Земле весил бы 100 кг!
Поначалу этому трудно было поверить. Однако физики доказали, что в экстремальных условиях огромная плотность вещества вполне возможна. Для этого температура в недрах звезды-карлика должна быть ниже, чем у обычных звезд, излучающих энергию за счет термоядерных реакций; давление же вышележащих слоев звезды должно быть очень велико.
Теперь представим себе поведение атомов в недрах звезды-карлика. Под действием высокой температуры между ними происходят сильные соударения. При этом атомы разрушаются и превращаются в смесь яде]) и электронов, не связанных между собой,— в так называемый «вырожденный газ». Размеры атомных ядер примерло в 100 тыс. раз меньше самих атомов. Размеры же полного атома определяются диаметром орбиты внешнего электрона. Получается, что атом — в основном пустое пространство. Поэтому, когда атомы ионизованы (лишены своих электронных оболочек), то при высоком давлении они могут тесно сближаться друг с другом.
Теоретически искрошенные атомы можно упаковать еще теснее, чем это происходит в спутнике Сириуса. Если бы нам удалось полностью лишить атомы всех своих электронов и оставить одни только ядра, а ядра уложить так, чтобы они касались друг друга, то тогда в объеме одного атома поместилось бы 1013 атомных ядер. Кубический сантиметр такого сверхплотного вещества в земных условиях весил бы миллиард тонн!
Главная трудность в наблюдениях спутника Сириуса — близость центральной звезды. Свет от нее попадает в спектрограф и примешивается к свету белого карлика. По этой причине температура спутника была измерена с большой ошибкой, и размеры его были завышены.
Новые наблюдения, свободные от помех, были выполнены с помощью 5-метрового рефлектора обсерватории Маунт-Паломар (США). Отит еще больше свидетельствуют о необычности спутника Сириуса: температура его поверхности достигает 32 000 К, а диаметр удивительной звезды 10 800 км. Белый карлик оказался меньше Земли! Следовательно, его вещество должно быть спрессовано еще в большей степени. Это подтверждают и результаты космических исследований.
В настоящее время известно несколько тысяч белых карликов, однако их общее количество, может быть, достигает 10 млрд, то есть составляет около 5% от общего количества звезд нашей Галактики. Все они резко отличаются от Солнца и ему подобных «нормальных» звезд своими физическими характеристиками: очень малой светимостью (в сотни и тысячи раз меньше солнечной), очень малыми размерами (некоторые белые карлики меньше земного шара) и огромной средней плотностью вещества — в недрах звезды в 1 см3 может быть «запрессовано» до сотен тонн вещества!
Теория доказывает, что, чем больше масса белого карлика, тем меньше его радиус. Здесь следует оговориться: существует верхний предел массы белого карлика. Она не может превышать 1,2 массы Солнца. Если же масса ядра звезды (красного гиганта), из которого образуется белый карлик, больше этого критического значения, то давление вырожденного электронного газа уже не можем уравновесить силу гравитации: ядро начинает быстро и сильно сжиматься... и тогда белому карлику не бывать!
Белые карлики образуются па заключительном этапе развития большинства звезд из вещества, уже «перегоревшего» в их недрах, в котором уже не могут идти никакие ядерные реакции. Они просто остывают, просто расходуют тепловую энергию, ранее запасенную в глубинах звезд. По мере охлаждения белый карлик должен угаснуть и стать невидимым черным карликом, скрыться на «кладбище» Вселенной. Один такой очень тусклый белый карлик недавно обнаружен в созвездии Гидры. Он находится в 134 световых годах от Солнца, а его свечение составляет лишь 1/130 000 яркости Солнца. Максимум свечения этой остывающей звезды приходится на невидимую инфракрасную область спектра.
|
|
Читайте в рубрике «Небо, Солнце и звезды»: |