Явление вспышек звезд типа UV Кита

Вспыхивающие звезды считаются одной из загадок современной астрофизики. Сама вспышка — внезапное, сильное, кратковременное повышение яркости звезды и почти столь же быстрое возвращение в нормальное состояние — тесным образом связана с внутренним строением звезды и природой источников ее внутренней энергии. По сути, вспышка — это основная форма избавления от избыточной внутризвездной энергии на пути формирования и эволюции, и почти каждая звезда главной последовательности проходит через эту стадию в раннем периоде своей жизни.

Явление вспышек звезд было открыто случайно. В 1924 году датский астроном Герцшпрунг, при просмотре полученных им снимков участков созвездия Киля, заметил у одной слабой звездочки — DH Киля — увеличение блеска почти на две звездные величины. После тщательного сравнения с другими, ранее полученными снимками этой же звезды, Герцшпрунг пришел к заключению, что в данном случае имело место быстрое повышение блеска звезды в необычайно короткий промежуток времени. Интересная деталь: Герцшпрунг еще тогда исключил возможность отождествления этого явления с возникновением новой, он даже попытался объяснить его как следствие падения на звезду... малой планеты. Позже у этой звезды было зарегистрировано еще несколько вспышек.

Долгое время открытие Герцшпрунга оставалось в забвении. Лишь спустя двадцать с лишним лет произошло событие, положившее начало изучению нового типа объектов, известных ныне под названием вспыхивающих звезд. 7 декабря 1947 года американский астроном Карпентер производил фотографирование карликовой красной звезды L 726-8, известной ныне как UV Кита. Фотографирование велось методом цепочек, то есть на одной и той же пластинке, было получено сразу несколько изображений, в данном случае пять, каждое с экспозицией в четыре минуты. Снимки предполагалось использовать для определения тригонометрического параллакса этой звезды, известной своим большим собственным движением.

Но уже беглый взгляд на полученные снимки показал, что со звездой случилось что-то необыкновенное: второе по времени изображение оказалось очень ярким, а на последующих изображениях блеск плавно падал, достигая почти нормальной величины на последнем, пятом изображении. Амплитуда повышения блеска в фотографических лучах составила 2.7^m. Это значит, что в течение трех минут произошло двадцатикратное увеличение блеска. Даже при взрыве сверхновой рост блеска звезды за три минуты составляет всего около 5%. Этот снимок, полученный Карпентером, стал первым и весьма убедительным наблюдательным доказательством в пользу существования в мире звезд нового явления — непредвиденного, исключительно быстрого и сильного увеличения блеска звезды и почти столь же быстрого ее возвращения в исходное состояние.

Вскоре было открыто еще несколько таких объектов: AD Льва в 1949 г., V 645 Центавра в 1950 г., EV Ящерицы в 1953 г., YZ Малого Пса в 1957 г. и так далее. Сегодня нам известно о более чем 1000 вспыхивающих звезд или, как их еще называют, звезд типа UV Кита.


Вспыхивающие звезды имеют достаточно низкую светимость. По своей природе это молодые красные карликовые звезды с абсолютной звездной величиной от 5^m до 19^m, поэтому лишь ближайшие из них доступны для детального изучения. Из 33 ближайших к Солнцу звезд, по крайне мере, 13 являются переменными этого типа, так что такие звезды должны составлять значительную долю звезд нашей Галактики. Всего же в окрестностях Солнца нам известно около 100 вспыхивающих звезд и около 1000 в ближайших звездных скоплениях — Плеядах, Гиадах, Яслях и других. Большинство из них — красные карлики спектрального класса М. Их радиусы составляют от 0.1 до 0.8 R_☉, а масса колеблется от 0.1 до 0.6 солнечных масс. Что касается возраста, то он оценивается от ста тысяч до нескольких миллиардов лет, причем по мере развития звезд их вспышечная активность ослабевает (напомним, что у звезд малых масс эволюция протекает значительно медленнее, чем у более массивных звезд, и продолжительность их жизни на главной последовательности может достигать ста миллиардов лет и более).

Вспышки звезд типа UV Кита распределены во времени случайным образом со средним интервалом между вспышками от 1 часа до десятков суток у разных вспыхивающих звезд. Причем астрономы различают у них два типа кривых блеска. У I типа подъем к максимуму происходит очень быстро, он завершается всего за несколько секунд или минут, спад же длится от 10 минут до 2 часов. У звезд II типа все происходит почти в десять раз медленнее. Кривая блеска I типа характерна для вспыхивающих звезд типа UV Кита в окрестностях Солнца, а кривая блеска II типа типична для вспыхивающих звезд в молодых звездных ассоциациях и скоплениях (например, Плеяды и ассоциация Ориона). Однако неоднократно наблюдались случаи, когда одна и та же вспыхивающая звезда в звездных ассоциациях может один раз вспыхнуть по типу I, а другой раз по типу II.


Скорость развития вспышки звезд I типа составляет в среднем 0.05÷0.1^m в секунду. Но хорошо исследованная UV Кита в нескольких случаях показывала значение 0.6^m в секунду и однажды даже 2.8^m в секунду, когда ее блеск за 31 секунду возрос в 420 раз. В этом случае в синих лучах амплитуда вспышки составила 6.5^m.

Кривые блеска вспышек даже у одной и той же звезды весьма разнообразны, но возгорание вспышки, как правило, происходит гораздо быстрее, чем ее угасание. Блеск во время самых сильных вспышек может возрасти в сотни раз в ультрафиолетовых лучах и в десятки раз в сине-зеленой области спектра.

Полная энергия оптического излучения при сильных вспышках может достигать 10³⁶ эрг, при самых же слабых регистрируемых вспышках — около 10²⁸ эрг. Вспышки с малыми амплитудами происходят гораздо чаще, но в редких мощных вспышках содержится большая часть всей энергии, теряемой звездой во время ее "вспышечной стадии" жизни. При этом, несмотря на большое энерговыделение во вспышках, их суммарная энергия излучения на значительном отрезке времени составляет лишь малую долю (менее одного процента) от всей энергии излучения фотосферы вспыхивающей звезды за то же время.

Помимо оптического излучения, вспышки звезд типа UV Кита дают всплески в радио и рентгеновском диапазоне. Излучение в радиодиапазоне имеет нетепловую природу, и в метровом диапазоне длин волн яркостная температура звезды может достигать 10¹⁵ градусов. Обычно радиовспышка начинается около максимума блеска в оптическом диапазоне или на несколько минут позже, и ее длительность сравнима с длительностью оптической вспышки, но кривые радиояркости у разных звезд весьма разнообразны, и они довольно плохо совпадают с кривыми блеска в оптическом диапазоне. Рентгеновское же вспышечное излучение весьма непродолжительно и соответствует тепловому излучению газа при температуре около 30 млн. градусов.


До сих пор довольно непонятным остается физический механизм, непосредственно отвечающий за вспышки, и гипотез, пытающихся объяснить то, что мы наблюдаем, у астрономов накопилось изрядное количество. Но большинство из них склоняется к идее о том, что процесс вспышки у звезд типа UV Кита аналогичен вспышкам на Солнце. Ведь среди всего разнообразия явлений активности вспыхивающих звезд нет ни одного такого, у которого бы не было аналогии в солнечной активности. Так, во время солнечных и звездных вспышек имеют место скоротечные процессы, локализованные на сравнительно небольших участках поверхности, но охватывающие атмосферу звезды по всей высоте — от фотосферы до короны. Совпадает и характер вспышек — от нетеплового радиоизлучения в метровом диапазоне до излучений средних энергий. Отличие звездных вспышек от солнечных количественное: звезды типа UV Кита при вспышках излучают на 2-4 порядка больше энергии, а сами вспышки протекают быстрее.

Глубокое качественное сходство вспышек звезд типа UV Кита с солнечными вспышками у некоторых астрономов практически не оставляют сомнений в тождестве их физической природы. Открытие же в 1985 году у вспыхивающих звезд EQ Девы и AD Льва магнитных полей такого же порядка, как у нашего дневного светила, еще больше подтверждает эту аналогию, ведь на Солнце в возникновении вспышек они играют если не главную, то очень важную роль. Но это сравнение не приводит нас к ответу на вопрос: как и почему вспыхивают звезды, ибо до сих пор еще нет четкого ответа на другой вопрос: как и почему происходят вспышки на Солнце.

Солнечные вспышки

Как показали еще самые первые наблюдения, солнечная вспышка — это резкое, в течение нескольких минут, возрастание излучения в активной области Солнца, то есть там, где соседствуют пятна разной полярности, происходят быстрые изменения конфигурации магнитных полей и столкновения силовых линий разной направленности. В процессе солнечной вспышки выделяется гигантская энергия, которая может достигать 10³² эрг (это примерно в 100 раз превышает тепловую энергию, которую можно было бы получить при сжигании всех разведанных на Земле запасов нефти и газа).

В настоящее время считается общепринятым, хотя так строго и не доказанным, мнение, что вспышка происходит в результате взаимного уничтожения (аннигиляции) магнитных полей разной направленности. Подобное предположение позволяет в общих чертах описать явление вспышки, но до сих пор не увязаны многие наблюдаемые детали и остаются "белые пятна" даже в теоретическом понимании этого явления).