Алексей Левин - Белые карлики. Будущее Вселенной

Солнце, к нашему великому счастью, одиночное светило (иначе возникновение жизни на Земле было бы проблематичным). Для сравнения полезно взглянуть на двойную звездную систему, которая неоднократно упоминалась, — на пару Сириусов. Вернее, на Сириус В, который справедливо считают самым знаменитым белым карликом.

В принципе, он это заслужил, и не только потому, что открытие спутника Сириуса в свое время стало астрономической сенсацией. Это ближайший к нам белый карлик, к тому же самый яркий. Так что не стоит удивляться, что астрономы знают о нем очень много. Правда, его наблюдаемая звездная величина (8,44) известна лишь с точностью до 6 %. Винить за это следует великолепный Сириус А, чей блеск затмевает спутник-компакт. Будь Сириус В одиночной звездой, его звездную величину знали бы с погрешностью меньше 1 %.

Масса Сириуса В — 1,018 массы Солнца (что много для белого карлика), радиус — 8,4 % солнечного радиуса (5840 км). Столь точные значения были получены благодаря информации «Хаббла», хотя свой вклад внесли и другие космические обсерватории. Ускорение свободного падения на его поверхности без малого в 5000 раз больше земного — 4680 км/с 2. Поэтому кидать предметы с наклонной башни (как в экспериментах, которые без каких-либо оснований приписывают Галилею) там бы не получилось. Хотя водородная атмосфера Сириуса В нагрета до 25 200 K, его светимость равна 5,6 % солнечной — естественно, в силу сравнительно малой площади поверхности.

Сириусы обращаются относительно барицентра с периодом 50 лет и 1 месяц. Их орбиты сильно вытянуты, расстояние между звездами в минимуме составляет 8,2 астрономические единицы (а.е.), а в максимуме — увеличивается до 31,5 а.е. Это не слишком много и не слишком мало — в общем, вполне обычная звездная пара.

Подобно Солнцу и другим звездам солнечного типа, Сириус В светит не только в инфракрасных лучах, видимом диапазоне и ультрафиолете, но и в мягком рентгене. Его рентгеновское излучение детектировали в середине 1970-х гг. астрофизики из Нидерландов с помощью спутника ANS (Astronomical Netherlands Satellite). Это сообщение сильно озадачило астрономов. У Солнца (и сходных с ним звезд) источником рентгена служит корона — оболочка из разреженной плазмы, нагретой до 2–3 млн K. При такой температуре во время столкновений атомов электроны могут перескочить на столь высокий энергетический уровень, что при обратном переходе произойдет испускание рентгеновских квантов. Такое же объяснение первооткрыватели предложили и для Сириуса В [32] Mewe, R. et al. Detection of X-Ray Emission from Stellar Coronae with ANS // Astrophysical Journal (1975), 202, L67–L71. , однако коллеги встретили его с недоверием. Дело даже не в том, что гипотетическая плазменная оболочка Сириуса В никак не проявила себя в прямых наблюдениях — это было вполне ожидаемым. Ученые не могли найти разумное объяснение ее нагрева до нужных температур. Для Солнца такие объяснения существуют (правда, сложные и доказанные не до конца), однако они предполагают наличие сильных магнитных полей и плазменных конвективных струй в солнечной атмосфере. У Сириуса В нет ни сколько-нибудь заметного магнитного поля, ни ощутимых атмосферных возмущений, его оболочка очень стабильна. Астрофизики не понимали, каким образом у Сириуса В могла бы сформироваться корона с нужными характеристиками.

В 1976 г. эту загадку разрешил профессор Делавэрского университета Гарри Шипман. Его объяснение оказалось довольно простым и не потребовало изобретения экзотических механизмов генерирования рентгеновских лучей. Шипман показал, что атмосфера Сириуса В обладает повышенной прозрачностью для рентгеновских квантов, порожденных в нижележащих и в разы более горячих слоях белого карлика. Наблюдая рентгеновское излучение Сириуса В, астрономы фактически получали информацию о состоянии вещества под его поверхностью.

Это объяснение, конечно, годится не только для спутника Сириуса, но и для других белых карликов с чисто водородными оболочками. Если же в атмосфере даже в очень малых концентрациях присутствует гелий либо более тяжелые элементы, она непрозрачна для рентгеновского излучения.

Нынешний статус Сириуса А как самой яркой звезды на земном небосводе недолговечен — естественно, по космическим масштабам. Через 67 000 лет он (разумеется, вместе с компаньоном) сократит дистанцию до Солнца с нынешних 8,5 световых лет приблизительно до 7,6. Его звездная величина вместо современной –1,41 станет равной –1,6 (видимая яркость звезды или планеты тем больше, чем меньше ее звездная величина, так уж этот параметр определен в астрономии). Сириус А блеском сравняется с Юпитером — но лишь в фазе максимального удаления Юпитера от Земли. Позднее расстояние между системой Сириуса и Солнцем начнет расти, и через 3 млн лет некогда ярчайшее светило земного неба превратится во вполне рядовую звездочку пятой величины. Соответственно уменьшится и видимая яркость Сириуса В.