Белые карлики. Будущее Вселенной

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.

27…А также в прошлом и в будущем

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.

Возраст системы Сириуса известен достаточно точно. Эта пара возникла в ходе гравитационного сгущения газопылевого облака совсем недавно, всего-то 238 млн (±13 млн) лет назад. Солнце тогда светило уже больше 4 млрд лет, а наша планета проходила через середину триасового периода — времени господства динозавров. Юные Сириусы выглядели совсем иначе, нежели сегодня. Это были яркие звезды, обращавшиеся относительно барицентра всего за девять с небольшим лет (а не за пятьдесят, как ныне). Среднее расстояние между ними тоже было довольно скромным, где-то 8–9 а.е. — чуть больше, чем от Солнца до Сатурна.

Иерархия членов этой пары также не соответствовала сегодняшней. Сириус В появился на свет бело-голубой звездой спектрального класса В (скорее всего, B6V). Его масса превосходила солнечную пятикратно, полная светимость — приблизительно в 630 раз, а температура поверхности приближалась к 14 000 K. Сириус А был, как и сегодня, белой звездой класса А0 двойной солнечной массы, нагретой на поверхности почти до 10 000 K. В терминах бизнеса Сириус В был тогда старшим партнером, а Сириус А — младшим. То ли дело сегодня!

Впрочем, жалеть его не стоит. Сириус А светил и светит в прежнем режиме. А вот Сириус В за какую-то сотню миллионов лет сжег водородное топливо, прошел все положенные катаклизмы с непременным временным превращением в красного гиганта и сбросом внешних оболочек и 124 миллиона лет назад (на Земле был тогда меловой период) скукожился до белого карлика. Его поверхностная температура за это время упала почти впятеро, с тогдашних 120 000 K до нынешних 25 000 K. Дистанция между Сириусами (и, соответственно, их орбитальный период) возросла до нынешней из-за сброса Сириусом В расположенных над ядром слоев с потерей 80 % массы.

Современные методы расчета процессов остывания белых карликов позволяют довольно точно вычислить нынешний и будущий температурный режим Сириуса В. Со времени его открытия отцом и сыном Кларками он охладился на 0,009 K и сократился в радиусе приблизительно на 0,3 мм. Через 1 млрд лет его водородная оболочка остынет до 13 100 K и эволюция Сириуса В достигнет стадии пульсаций с периодами от 1 до 20 минут и колебаниями яркости от 0,1 до 20 % (механизм подобных пульсаций был рассмотрен выше). Астрономы называют этот этап фазой ZZ Кита, по имени белого карлика, чьи колебания блеска очень тщательно мониторили c 1970-х гг.

Пульсации некоторых белых карликов класса DA отличаются исключительным постоянством. Многолетние фотометрические наблюдения ZZ Кита показали, что длительность периода основной моды его пульсаций, которая сейчас равна 213 секунд, чрезвычайно мало увеличится и за сотни миллионов лет. Это позволяет считать ZZ Кита одним из самых стабильных естественных эталонов времени во Вселенной.