Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

«Бродячий цирк» пульсирующих переменных поражает своим разнообразием. В его «красном» конце, где располагаются переменные с низкой светимостью, присутствуют вспыхивающие звезды класса М. Их масса мала, а их вспышки ассоциируются с магнитными бурями в звездной атмосфере. Несколько более высокой светимостью обладают переменные типа Т Тельца, очень молодые звезды, которым еще предстоит занять свое место на главной последовательности. Их светимость сравнительно выше, поскольку эти «звездные младенцы» еще излучают гравитационную энергию, высвобожденную во время их формирования. Изменения в звездах типа Т Тельца происходят без какой-либо периодичности и носят очень бурный характер, что, опять же, приписывают магнитным возмущениям в их атмосферах.

При более высоких светимостях полоса нестабильности на диаграмме Герцшпрунга — Рессела отходит от главной последовательности вверх, к ветви сверхгигантов. В этой области диаграммы, рядом с диагональю, демонстрирующей взаимосвязь температур звездной поверхности и светимости, располагаются переменные типа RR Лиры и цефеиды. Внутренние условия в звездах, занимающих эту полосу, приводят к динамической нестабильности, когда определенные слои то сдерживают, то высвобождают энергию, которая исходит из нижележащих слоев. Действие этого излучающего «клапана», или каппа-механизма, приводит к тому, что внешние слои звезды в прямом смысле вздымаются и опадают, а в унисон с их движениями периодически возрастают и уменьшаются и температура поверхности, и светимость.

Переменные типа RR Лиры, которые, как правило, встречаются в шаровых скоплениях и других частях более древнего сфероидального компонента Галактики, пульсируют с достоверно установленной светимостью около 50 солнц (M_V = 0,6 звездной величины). Эта характерная средняя светимость позволяет использовать их в качестве так называемой «стандартной свечи», с помощью которой астрономы могут измерить расстояния до шаровых скоплений и других галактических областей, содержащих эти звезды. Например, наблюдения за многими переменными типа RR Лиры, пребывающими в галактическом балдже, показали, что балдж — и охваченный им центр Галактики — находится на расстоянии около 27 000 световых лет от нас.

Вдоль полосы нестабильности были обнаружены два вида цефеид. «Классические», или цефеиды I типа, располагаются в диске, а цефеиды II типа, обладающие меньшей светимостью, обычно «населяют» гораздо более старые шаровые скопления, принадлежащие гало. Для сверхгигантов-цефеид I типа удалось установить критически важное соотношение, позволившее астрономам определять расстояния до звезд, которые находились далеко за пределами Млечного Пути. Наблюдая за цефеидами в Малом Магеллановом Облаке (одной из ближайших галактик — спутников Млечного Пути), астрономы в начале XX века выявили тесную взаимосвязь: оказалось, что у цефеид с более высокой светимостью периоды изменений длились дольше. Зависимость «период — светимость» была выверена по ближайшим к нам цефеидам, расположенным в диске Млечного Пути, и с тех пор помогает нам определять расстояния до любой галактики, если наши телескопы, разбирая ее на звезды, находят в ней цефеиды.

Наблюдая за световым потоком удаленной цефеиды от нескольких дней до нескольких недель, астроном может установить период изменения блеска звезды. Затем его можно преобразовать в светимость звезды, сравнить эту светимость с видимой звездной величиной — и вычислить, насколько далеко от нас находится звезда. Взаимосвязь периода и светимости цефеид впервые обнаружила Генриетта Ливитт в 1912 году, а в 1920-х годах Харлоу Шепли при помощи этого соотношения установил пространственное распределение шаровых скоплений в Галактике, и с тех пор мы с его помощью находим расстояния до галактик, удаленных от нас на десятки миллионов световых лет.

При наибольшей светимости верхний предел целостности звезд очерчивают голубые переменные звезды. Поток фотонов с поверхности этих новорожденных «крикунов» настолько велик, что полностью дестабилизирует внешние слои и сдувает их, рождая ветры колоссальной силы. Сейчас такие драматические вспышки происходят на звезде η Киля, расположенной в 7500 световых годах от нас в южном созвездии Киля. Ее самая мощная зарегистрированная вспышка произошла в 1843 году, когда она, несмотря на удаленность, была второй по блеску небесной звездой, уступая лишь Сириусу. С тех пор η Киля образовала из вырывающихся наружу газов небольшую биполярную туманность в форме изящных песочных часов. Когда она снова вспыхнет — или взорвется целиком — остается только гадать.

Газовые туманности