Космические близнецы

«Вопрос о спутниках звёзд останется нерешенным до тех пор, пока кто-нибудь, владеющий искусством производить необычайно точные наблюдения, не откроет их».

И. Кеплер. 1610г.

---

Небесный свод, горящий славой звездной,
Таинственно глядит из глубины, - 
И мы плывём, пылающею бездной
Со всех сторон окружены.
Фёдор Тютчев'

---

Введение

Мир, в котором мы живем, огромен, необозрим. Мир и все тела мира движутся в пространстве, и не только в пространстве, но и во времени.

Двигаться во времени – значит изменяться. Все в мире меняется. Одни изменения трудно заметить, а другие происходят у нас на глазах. Спичка, вспыхнув, за секунду превращается в уголек. Звезда, вспыхнув однажды, светит миллиарды лет. Нас эта работа заинтересовала тем, что каждая любая пара звезд - двойняшки! А так как мы являемся сестрами - двойняшками, нам очень интересен тот факт, что в космосе тоже есть «свои двойняшки».

Звезды-двойняшки

Некоторые звёзды видны на небесной сфере буквально друг с другом. Это, конечно не означает, что эти звёзды реально соседствуют в пространстве: они могут быть расположены почти в одном и том же направлении от нас, но на весьма различных расстояниях. В этом случае говорят об оптически двойных звёздах. Но в мире звёзд существуют и реальные соседи, находящиеся близко друг к другу и движущиеся под действием взаимного тяготения. Это физически двойные и кратные системы.

Вопрос о том, является ли видимая близость звёзд реальной или только кажущейся, может быть решён при помощи наблюдений. Наблюдая какую-нибудь звёздную пару в течении многих лет, иногда удаётся заметить изменение взаимного положения звёзд, связанное с их обращением вокруг общего центра.

Если собственные движения двух близких звёзд совпадают, считается, что звёзды образуют физическую систему, так как случайное совпадение их скоростей по величине и по направлению слишком маловероятно.

Именно этим способом удалось показать, что физической системой являются звёзды из «ручки» Ковша Большой Медведицы – Мицар и Алькор (их ещё называют Конь и Всадник). Это редкий пример двойной звезды, различимой невооружённым глазом. Впрочем, в телескоп видно, что и сам Мицар разделяется на две звёздочки, а спектральные исследования показывают, что каждая из них тоже является одиночкой.

Мы проверили на практике и выяснили, что с помощью только полевого бинокля, зрительной трубы и небольшого телескопа можно увидеть множество удивительно красивых звёздных двойняшек!!! Поскольку мы живем в Югре, то смогли рассмотреть звёздных двойняшек только в Созвездии Северного полушария. Это, прежде всего ß Лебедя (Альбирео) – большая оранжевая и маленькая ярко-голубая звёздочка: Великолепна в своей космической красоте α Гончих Псов (или Сердце Карла) – жёлтая и фиолетовая.

Искусным первооткрывателем двойных звёзд, о котором пророчествовал У. Кеплер, стал Уильям Гершель. Он обнаружил тысячи звёзд-двойняшек и доказал в 1803 году, что это действительно близкие звёзды, связанные узами тяготения. В 19 веке основатель Пулковской обсерватории Василий Яковлевич Струве открыл и занёс в каталоги 3100 пар звёзд, а сегодня их уже более 70 тысяч.

Мы очень удивились, а ещё более обрадовались тому, что двойняшкой оказалась и ярчайшая звезда неба Сириус. α Центавра – ближайшая соседка нашего Солнца – оказалась вообще тройной звездой, т.е тройняшкой. А Кастор в созвездии Близнецов – шестикратная звезда!!! Удивительным для нас оказалось и то, что любая звёздная пара – это СЁСТРЫ-ДВОЙНЯШКИ!!!

Как же они появляются на свет? Оказывается, так же, как солнца-одиночки, двойные и кратные звёзды сформировались из сгустков межзвёздного газа и пыли. Если газовое облако спокойно и «безветренно», то, сжимаясь под действием тяготения, падая само на себя, оно рождает одну звезду. Но обычно, как и все небесные тела, облако вращается и при этом клубится подобно облакам на Земле или Юпитере. Вращательное движение препятствует прямому соцветию звезды, и образуется двойной-тройной «газоворот». Так рождаются звездные двойняшки.

Новорожденная пара звезд, надежно связанная силами притяжения, кружится около общего центра масс, словно танцевальная пара на лыжах. Расстояние между напарницами может быть очень разным. Так, между Мицаром и Алькором оно по меньшей мере в 20 тыс. раз превосходит расстояние от Земли до Солнца; время обращения этих звезд- год- составляет несколько миллионов земных лет. А некоторые звезды кружат совсем рядом, завершая год в считанные минуты. Тесные пары даже в самый большой телескоп сливаются в точку, но о том, что звезды двойняшки, можно узнать другими способами, например по анализу спектра. Время обращения звездной пары зависит не только от расстояния, но и от их масс. Чем массивнее звезды, тем быстрее кружение. Кстати, наблюдение за движением пары – это пока единственный прямой способ «взвесить» звезды.

Звезда Мира, пульсирующая переменная в созвездии Кита.

Когда одна из звезд проходит перед другой, она загораживает её, и к нам на Землю приходит от неё меньше света. Более яркая звезда назывется главной, а более тусклая – втричной.

Вращение звезд в паре наиболее устойчиво. И если слишком близко оказывается третья, то совместными гравитационными усилиями парочка отшвыривает чужака чаще всего прочь и навсегда, реже – на более далекую орбиту. «Третий должен уйти!» Поэтому в тройных звездах третья всегда далеко отстоит от пары. Когда же больше трех звезд входят в одну систему, то они, как правило, объединяются по парам. К примеру, две широко разнесенные пары образуют четверную систему ɛ Лиры. А если такую четверку на большом расстояние обходит ещё одна тесная пара, то складывается (как в случае Кастора) шестикратная система.

Близкая пара звезд в Большой Медведице объект М40 каталога Месье.

Двойная звезда Сириус α и Сириус ß.

«Похожи как близнецы» - это выражение часто совсем не подходит для двойных и кратных звезд. Нередко напарницы различны не только по цвету (а значит, по температуре), но и по размерам. Так, вокруг ярко-красного исполина Антареса, в 500 раз превосходящего Солнце по диаметру, кружит ослепительно-голубая звезда втрое меньше Солнца, а ярче его почти в 20 раз. Но самое любопытное то, что красный гигант – это стадия звездной старости, а голубая звезда ещё молодая! Хороши же близнецы! И тем не менее Антарес А и Антарес В – сестры-ровесницы, то от рождения им досталась разная масса. Антарес а в 18 раз массивнее Солнца, а Антарес В – в 6 раз. Обе звезды одновременно зажглись, включили свои водородные термоядерные печки, но массивная звезда горит гораздо интенсивнее, потому что температура и давление в её ядре-топке выше, чем у сестры. Хотя запас горючего ей был отпущен втрое больший, звезда Антарес А уже практически отгорела, и скоро наступит её конец: она превратится в нейтронную звезду или даже в черную дыру. А вот Антарес В, который расходует свое ядерное топливо скупее, будет светить ещё сотни тысяч лет.

В Галактике много таких пар, где одна из звезд уже состарилась, а другая полна сил. Например, Сириус из созвездия Большого пса: её спутник , белый карлик (Сириус В), совершает оборот вокруг центра масс, который находится за 50 лет и отстоит от него в 20 раз дальше, чем Земля от Солнца.

Траектория движения Сириуса. Её вид говорит о наличии у звезды массивного спутника.

Звездная пара Солнца

Есть факты, позволяющие предполагать, что у нашего Солнца есть звездная пара – компонент с предположительным названием Немезида. Тесные пары звезд очень интересны и чрезвычайно загадочны. Прежде всего потому, что их двойственность не видна ни в один телескоп. Звезда β Персея с давних пор получила настораживающее название Алголь (или Эль-Гуль), что по –арабски значит «глаз дьявола», - не потому ли, что переменная? Двое с половиной суток Алголь светит ровно, не меняясь, но потом звезда быстро меркнет, а через пару часов так же быстро разгорается. Каждые 68 часов 49 минут падение блеска повторяется вновь и вновь Причина изменения яркости Алголя теперь понятна. Алголь – двойная система. Вокруг большой голубоватой звезды светимостью 250 солнц движется оранжевая звезда внушительных размеров, но более тусклая. Орбита оранжевой звезды расположена так, что, пробегая периодически между главной звездой и нами, она затмевает голубую - и Алголь меркнет. Открыто много таких затменно-переменных звезд, или алголей, но Алголь среди них самая заметная.

Самый интересный пример тесной двойной системы – обыкновенная звезда и чёрная дыра. Представьте себе: массивная звезда отсветила свое и в конце жизни сколлапсировала; но превратилась не в белый карлик размером с Землю, не в нейтронную звезду радиусом 10 км., а сжалась, уплотнилась до размера всего в несколько километров. Спрессовалось не только вещество звезды, напряглась и сила её притяжения. Тяготение её столь велико, что даже самые быстрые частицы Вселенной – фотоны (частицы света или другого излучения) – не в силах покинуть чёрную дыру. Поэтому дыра не светит и ничего не излучает. Её будто и нет, она полностью замаскировалась.

Когда одна из звезд проходит перед другой, она загораживает её, и к нам на Землю приходит от них меньше света.

Если одна из звезд имеет меньшую плотность, чем другая, - силы притяжения вырывают газ из атмосферы более рыхлой звезды. Он устремляется к другой звезде, обтекает её и частично возвращается назад, а частично рассеивается в окружающем пространстве в виде шлейфа, уходящего от крутящегося волчка звездной пары. Именно такой парой предстает звезда β в созвездии Лиры.

Взаимодействие звёзд в паре.

Силы притяжения вырывают газ из атмосферы более массивной звезды, и он устремляется к её спутнице.

1. Солнце (дано для сравнения по размерам);
2. Голубой гигант.
3. Нейтронная звезда.
4. Белый карлик.
5. Нейтронная звезда.

Мир звездных пар, их «семейных отношений» только что начинает нам открываться. Для астрономов его изучение представляет огромный интерес, так как может пролить свет на целый ряд фундаментальных научных проблем.

Наблюдение двойных систем, находящихся на разных стадиях звёздной эволюции, - это серьезный экзамен у существующих теоретических моделей их происхождения и развития. Ведь десятки тысяч известных на сегодняшний день звёздных пар подразделяются на несколько десятков основных типов в зависимости от физических характеристик входящих в состав светил: белый карлик может соседствовать с красным гигантом; нейтронная звезда, обладающая особо сильным магнитным полем, - с рядовой звездой вроде нашего Солнца; быстровращающаяся чёрная дыра – с голубым сверхгигантом, истекающим мощным звёздным ветром… Всех комбинаций просто не перечесть! А ведь внутри каждого типа могут еще различаться расстояния между компонентами, их массы, химический состав…

Галактика становится как бы гигантской лабораторией, а сестры двойняшки в ней являются богатейшим набором измерительных приборов, экспериментальных установок. Даже фундаментальные свойства пространства - времени могут быть скрупулёзно изучены на основе наблюдений некоторых заездных пар, не говоря уже о проблемах физики плазмы, газодинамики, небесной механики.

Недавно астрономам удалось измерить с фантастической точностью (до нескольких десятых долей процента!) массу одной нейтронной звезды, входящей в состав двойной системы. Не за горами строгое экспериментальное подтверждение существования черных дыр. Словом, впереди нас ждет много захватывающих открытий, связанных с исследованием звездных пар.

Изучая проблему космических близнецов мы выяснили следующее:

Похожи ли звездные двойняшки на земных? Наверное, что-то общее безусловно есть. Во-первых, космические близнецы, так же как и земляне не могут жить далеко друг от друга. Во- вторых, они дополняют друг друга во взаимодействии с космическим пространством. Во всем остальном, на наш взгляд, мы такие разные, и, прежде всего в том, что: Среди землян-близнецов нет «белых карликов»;

• Близнецы- земляне могут быть и девочками и мальчиками, а могут появиться и разнополые двойняшки, а космические близнецы – всегда сёстры;
• Близнецы-земляне растут, развиваются, взрослеют практически параллельно, одинаково, даже если волею судьбы их разлучат, то их судьбы складываются почти одинаково (выбор профессии; спутники жизни могут быть очень похожи между собой, или носить одинаковые имена; у них рождаются дети одного пола; у них одинаковые кулинарные и эстетические пристрастия; и т.п.). У космических близнецов всегда есть доминанта и «белый карлик». Карлик значительно быстрее старится и умирает, от чего его сестра- близняшка становится от этого только ярче и сильней. Земные же близнецы тяжело переживают потерю своей «второй половинки».

На вопрос: «Есть ли у звезд- близнецов планеты и существуют ли такие планетные системы?» ответить пока не возможно, так нет ни каких подтверждённых данных по этой теме. Но мы пофантазировали и предположили, что такие планетные системы вполне могут существовать..

Если это так, то жители планеты, обращающейся вокруг двойной звезды, могли бы видеть на небе картины, совершенно не похожие на те, к которым привыкли земляне. Нам кажется, что они могли бы утром наблюдать восход огромного красного солнца, а чуть позже – небольшого голубого солнышка: ведь небосвод будет окрашиваться сначала в красный цвет, а затем в голубой. Все предметы на такой планете должны отбрасывать две цветные тени. Возможно дни, залитые ослепительным красным цветом, чередуются там с голубыми, а ночей нет совсем.

Если бы мы были художницами, то обязательно нарисовали такую планету, которая движется вокруг звездных двойняшек.