Наблюдения излучения этой двойной звездной системы в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах спектра, проведенные во время последнего затмения, позволяют предположить, что затмевающий объект — это горячая молодая звезда, окруженная большим облаком пыли и газа, которое и породило ее.
Вступление
В конце лета на средних широтах северного полушария над восточным горизонтом можно увидеть созвездие Возничего, которое восходит вскоре после заката и лежит к северу от Ориона.
При помощи простой звездной карты нетрудно отыскать звезду третьей величины, помеченную в созвездии Возничего буквой «эпсилон», — немного к юго-западу от Капеллы, самой яркой звезды в этой области неба.
Осенью 1982 г. внимательный наблюдатель мог заметить, что Эпсилон Возничего начала медленно тускнеть. К декабрю того же года ее исходный блеск уменьшился наполовину, и в течение почти 11 месяцев она оставалась звездой четвертой величины. Затем она постепенно стала ярче и к середине мая 1984 г. снова достигла прежней звездной величины.
Такой цикл ослабления и увеличения блеска повторялся в XX в. четыре раза с одинаковыми интервалами в 27,1 года. Механизм, лежащий в его основе, впервые объяснил в 1904 г. немецкий астроном Г. Людендорф.
Это явление — результат затмения первичной, т.е. яркой, видимой звезды невидимым «спутником»; видимая звезда и ее спутник образуют двойную систему, связанную гравитацией. Продолжительность цикла соответствует орбитальному периоду — самому длинному из известных среди затменно-переменных звезд, но труднее всего объяснить его темную стадию.
Ее длительность показывает, что затмевающий объект должен быть огромен: размер объекта, способного на почти двухгодичное затмение, должен равняться примерно 1500 солнечным радиусам. Хотя каждое затмение изучалось новым поколением астрономов при помощи новых все более точных наблюдательных методов и на основе все усложняющейся теории, природа затмевающего объекта остается тайной Эпсилон Возничего.
Затмение 1982—1984 гг. было первым, во время которого звезду можно было наблюдать со спутников; эти наблюдения расширили наши знания об Эпсилон Возничего в дальней ультрафиолетовой области.
Затмение
В самих по себе данных визуальных наблюдений затменно-переменной двойной системы нет ничего необычного. По меньшей мере половина звезд в Млечном пути входит в связанные гравитацией двойные системы, а многие из этих систем так ориентированы в пространстве относительно нас, что их звезды периодически затмевают друг друга. Все затменно-переменные системы — слишком удаленные объекты и не разрешаются на отдельные компоненты, поэтому такая система кажется одиночной звездой.
Однако затмение в системе может вызывать периодические изменения блеска наблюдаемой звезды подобно тому, как мигают фары встречного автомобиля, когда невидимый ночью пешеход переходит перед ним дорогу.
Ослабление блеска Эпсилон Возничего в течение двух лет стало лишь первым свидетельством необычности этой системы — полное представление о проблеме могут дать только спектральные исследования.
Измеряя доплеровское смещение спектральных линий первичной звезды, можно определить составляющую ее скорости вдоль луча зрения с Земли на звезду. По этой составляющей можно рассчитать орбиту первичной звезды вокруг центра масс системы и оценить сверху и снизу массу спутника. Судя по характеристикам орбиты, масса спутника заключена в пределах от 4 до 15 солнечных масс.
Удивительно, что при такой массе и огромных размерах, определенных по длительности затмения, спутник нельзя увидеть даже с помощью самых больших телескопов. При вторичном затмении спутника первичной звездой можно было бы различить спутник даже на три звездных величины, или в 16 раз более тусклый, чем первичная звезда.
Такой чувствительности можно достичь только в том случае, когда плоскость орбиты системы почти параллельна лучу зрения наблюдателя; если наклон орбиты таков, что затмевающая первичная звезда лишь слегка «задевает» диск спутника, то и более яркий спутник может остаться незамеченным.
Что поглощает свет?
Известны лишь два вида вещества, способного поглощать свет независимо от длины волны. Газ из свободных электронов может одинаково рассеивать свет на всех длинах волн.
Вторая «кандидатура» — облако пылинок. Если диаметр каждой пылинки существенно превосходит длины волн инфракрасного и видимого диапазонов, то пылевое облако будет поглощать излучение на всех принимаемых длинах волн. Согласно некоторым моделям Эпсилон Возничего, в геометрии которых сочетаются оболочка и диск, основной причиной затмения служит пыль.
Однако детальное изучение спектров, полученных во время и вне затмения, не соответствует этому предположению. Спектры позволяют провести тонкое, но четкое различие между светом, рассеянным затмевающим телом, и светом, который идет от первичной звезды на Землю беспрепятственно.
Спектр первичной звезды представляет собой набор темных линий поглощения на фоне излучаемого света, образующего континуум спектральных цветов. Линии поглощения обусловлены возбуждением атомов фотонами в фотосфере — внешней, видимой оболочке звезды.
По законам квантовой механики атомы могут возбуждаться лишь до определенных, дискретных энергетических уровней, так что и расходуемая на их возбуждение энергия должна принимать дискретные значения, соответствующие допустимым уровням возбуждения. Поэтому фотоны с этими дискретными значениями энергии поглощаются, а остальные пропускаются; в результате возникает спектр поглощения, характерный для атомов, составляющих фотосферу.