Первая часть.
Эффекта Доплера
Линии в спектре Эпсилон Возничего, смещенные за счет эффекта Доплера, были замечены Людендорфом в 1901 г. и стали хорошо известны после затмения 1928—1930 гг.
Эти линии усилены, что связано со спектром оболочки, а многие из них имеют два узких пика при входе и выходе из затмения. Поэтому предполагалось, что затмение первичной звезды вызывается газом, а не пылью.
Данные о затмении 1928—1930 гг. очень хорошо подтвердили этот вывод. Струве обнаружил, что некоторые линии поглощения, соответствующие возбуждению атомов на более высокие энергетические уровни, не усиливаются при полной фазе затмения и не расщепляются на дублеты во время его частных фаз.
Например, не обнаружилось компонента спектра оболочки у голубой линии с длиной волны 4481 А однократно ионизованного магния. Если бы затмевающее тело полностью состояло из пыли, то голубая линия магния имела бы доплеровское смещение за счет оболочки или лиска и изменение ее формы наблюдалось бы в спектре.
Однако если первичную звезду затмевает газ, состоящий из атомов и свободных электронов, объяснить природу голубой линии магния нетрудно. По-видимому, температура и плотность газовой оболочки или диска намного ниже, чем в фотосфере звезды, где эта линия впервые возникает. Поэтому количество фотонов и частиц в оболочке или диске, достаточно энергичных для возбуждения атомов на более высокие уровни, слишком мало, и усиление соответствующих линий поглощения не наблюдается.
В 1954 г. Р. Крафт, в то время молодой сотрудник Струве в Калифорнийском университете в Беркли, обнаружил трудности, связанные с гипотезой о рассеянии на электронах.
Струве считал, что источником энергии, необходимой для ионизации атомов в затмевающей оболочке или газовом диске и высвобождения электронов, служит первичная звезда. Однако мощность излучения первичной звезды известна из прямых наблюдений.
Температура поверхности звезды около 7500 по цельсию, а радиус примерно в 100 раз больше солнечного. Крафт вычислил, что плотность электронов в оболочке или диске вследствие ионизации таким потоком излучения составляет около 100 млн. на 1 см3.
Это слишком мало — примерно в 1000 раз меньше плотности, необходимой для объяснения глубины затмения. Другими словами, если непрозрачность оболочки или диска связана с рассеянием на электронах, высвобожденных при действии света первичной звезды, то эта непрозрачность оказывается недостаточной для объяснения наблюдений.
Линии в спектре оболочки
Один ученый начал наблюдать Эпсилон Возничего во время затмения 1955— 1957 гг., а в 1957 г. получил возможность изучить спектры, сделанные в ходе этого затмения Струве.
Разрешение новых спектров было значительно выше, чем тех, которые получены во время предыдущего затмения. Поэтому ученому удалось обнаружить некоторые слабые линии в спектре оболочки, такие как линии нейтральных возбужденных атомов магния и кальция, которые раньше не наблюдались.
Измерив интенсивность новых линий и подсчитав число линий в спектре водорода, ученый смог получить прямую, не зависящую от источника ионизации оценку плотности электронов в оболочке или диске. Эта плотность оказалась равной примерно 100 млрд, электронов на кубический сантиметр, т.е. в 1000 раз больше плотности, вычисленной Крафтом.
В случае оболочки или диска толщиной около 0,7 астрономической единицы такая плотность как раз достаточна для объяснения наблюдаемой глубины затмения при помощи только рассеяния на электронах. (Астрономическая единица — среднее расстояние от Земли до Солнца, примерно равное 150 млн.км.)
Спутник
Несмотря на впечатляющие данные новых наблюдений, они не позволили детально обосновать модель, которую ученый предложил в 1961 г. Ультрафиолетовый спектр спутника показывает, что он не так горяча. Температура его поверхности около 10 000°С, а радиус составляет от трех до пяти солнечных.
Оказалось, что инфракрасный спектр горячего спутника не согласуется с ультрафиолетовым. Наблюдения Эпсилон Возничего в инфракрасном диапазоне на длинах волн до 20 мкм проводили до и во время затмения Д. Бэкман, Э. Беклин, Д. Круикшэнк, Т. Саймон и А. Токунага из Гавайского университета в Маноа и Р. Джойс из Национальной обсерватории в Китт-Пик.
Эти исследователи обнаружили, что на длинах волн от 1 до 4,8 мкм излучение во время затмения уменьшается примерно на 0,7 звездной величины, что, по грубой оценке, соответствует глубине затмения для видимого света.
Однако на более длинных волнах глубина затмения слабее, и на длине волны 20 мкм она равна лишь 0,3 звездной величины, т.е. блеск уменьшается примерно в 1,3 раза. Из этих наблюдений Бэкман и его коллеги сделали вывод, что затмевающее тело — холодный объект, излучение которого преобладает в дальней инфракрасной области; они получили температуру поверхности около 200°С и радиус 10 астрономических единиц.
Как же построить модель, объясняющую столь разные и на первый взгляд противоречивые данные? Температуру спутника в ранней модели подогнать под наблюдаемую сравнительно просто. Высокие температуры были введены для ионизации оболочки.
В начале 60-х годов считалось, что преобладающий, а возможно и единственный, источник ионизации — это излучение звезды. Но с тех пор в ультрафиолетовых спектрах некоторых звезд не раз наблюдались линии многократно ионизованных атомов, которые не могут порождаться только за счет излучения фотосферы звезды. Это явление называется сверх ионизацией; оно служит подтверждением того факта, что ионизация газа может быть связана с другими эффектами механического или магнитного происхождения.
Если причиной ионизации затмевающей оболочки в Эпсилон Возничего является сверх ионизация, то непрозрачность ионизованной оболочки может определяться относительно низкой, 10 000-градусной, температурой спутника.
Итог
Если спутник в Эпсилон Возничего — молодая звезда, то легко понять, почему не наблюдаются другие аналогичные двойные системы. Ближайшие известные «сородичи» — это долгопериодические затменно-переменные звезды 31 Лебедя, 32 Лебедя, Дзета Возничего и VV Цефея.
Во всех четырех системах сравнительно горячая звезда связана гравитацией с холодным гигантом или сверхгигантом. Однако нет никаких указаний на то, что в какой-либо из этих систем горячая звезда окружена такой протяженной пылевой оболочкой, как наблюдаемая в Эпсилон Возничего.
Первичная звезда в Эпсилон Возничего — сверхгигант, но он горячее, чем сверхгиганты в других упомянутых мною четырех системах. Его поверхностная температура и спектральный класс показывают, что он претерпевает быструю эволюцию и, возможно, недавно (в пределах миллиона лет) прошел стадию сильной потери массы.
Спутник может быть очень молодой звездой, еще не обладающей устойчивой конфигурацией и по-прежнему погруженной в остатки пылевого облака, из которого она образовалась.
Время жизни пылинок вблизи горячей звезды не превосходит 10 000 лет; если они не пополняются извне, то за этот небольшой срок облако исчезнет. Этой краткостью жизни облака и той стадии звездной эволюции, какую проходит сейчас первичная звезда, и объясняется, почему не известно ни одной другой системы с характеристиками Эпсилон Возничего: она олицетворяет собой крайне мимолетную стадию в эволюции двойной звездной системы.
