Наука и жизньНаука

Время Кассиопеи. Осеннее небо

Осень — благоприятное время для наблюдения за группой известных с древности созвездий, названия которых связаны со знаменитым мифом о Персее. В нём Кассиопея, жена царя мифологической Эфиопии Цефея, вызвала гнев бога морей Посейдона похвальбой, что она (по другим версиям мифа — её дочь Андромеда) прекраснее морских божеств — нереид. Разгневанный Посейдон наслал на Эфиопию чудовище — Кита, спастись от которого можно было, только принеся ему в жертву Андромеду. Принцессу приковали к скале, оставив на растерзание Киту, но её спас Персей, прилетевший на Пегасе после победы над Медузой Горгоной. Затем, как и положено, он взял её замуж. Так они и разместились на небе рядом — созвездия Персея, Андромеды, Кассиопеи, Цефея, Пегаса и чуть поодаль Кита. Из других осенних созвездий стоит отметить созвездия Тельца, Овна и всё ещё находящегося на достаточной высоте Лебедя.

В этой статье рассказ пойдёт о созвездии Кассиопеи, которое осенью на полтора месяца, с середины сентября до конца октября, оккупирует на московском небе полночный зенит. Созвездие не самое крупное, по площади оно на 25-м месте из 88, а по количеству звёзд, видимых невооружённым глазом, — на 23-м (90 звёзд ярче 6^m, 157 звёзд ярче 6,5^m). Правда, звёзд ярче 3m всего четыре: Шедар (α, 2,2^m), Каф (β, 2,25^m), Нави* (γ, 2,15^m) и Рукбах (δ, 2,65^m). Однако созвездие хорошо узнаваемо на небе, поскольку они вместе с пятой по яркости звездой Сегин (ε, 3,35^m) резко выделяются на фоне остальных менее ярких звёзд, образуя фигуру, напоминающую буквы М или W. Любопытно, что для наблюдателя, находящегося в системе ближайшей к нам звезды α Центавра, наше родное Солнце оказалось бы самой яркой звездой созвездия Кассиопеи (0,5^m), превратив букву в извивающуюся змейку.

Созвездие легко найти: оно располагается точно по другую сторону Полярной звезды относительно ручки ковша Большой Медведицы. Чтобы получить направление на Кассиопею, проведите прямую через первую, ярчайшую звезду ручки Алиот (ε UMa 1,75^m) и Полярную звезду (α UMi 1,95^m). На широте Москвы созвездие — незаходящее, как и почти на всей территории России, кроме самых южных районов. Созвездие богато объектами дальнего космоса, благодаря проходящему через него диску Млечного Пути.

Наиболее интересная из главных звёзд созвездия — гамма Кассиопеи (γ Cas, Нави), переменная звезда, яркость которой изменяется от 1,6^m до 3^m. Внимание к себе она привлекла ещё в 1866 году, когда «отец астрофизики», пионер исследования спектров звёзд, итальянский астроном Анджело Секки обнаружил в её спектре эмиссионные линии, как позднее выяснилось, линии излучения водорода. Это была первая так называемая Be-звезда. Буква «В» означает спектральный класс этих звёзд, а буква «е» — как раз эмиссионные линии водорода в их спектре.

Обнаружение у звезды отдельных линий излучения тогда было совершенно необычным и непонятным. Дело в том, что очень горячие тела, какими являются звёзды, излучают непрерывный спектр, так что наблюдаемые астрономами обычные спектральные линии — результат поглощения излучения звезды в её более холодной атмосфере (спектр поглощения). Уже в начале XX века астрофизики поняли, что эти линии должны исходить от окружающего звезду вещества, а не от неё самой. В настоящее время считается, что их порождает околозвёздный горячий газовый диск, образованный веществом, выброшенным из звезды благодаря её быстрому вращению. Экваториальная область γ Cas движется со скоростью 472 км/с. Вращение также придаёт звезде сплюснутую у полюсов форму. В отличие от аккреционного диска, образованного падающим на звезду из космоса веществом, такой диск получил название декреционного.

В 1937 году γ Cas внезапно стала самой яркой звездой Кассиопеи и при этом перестала быть Be-звездой, потеряла линии излучения. Через некоторое время звезда успокоилась, но неожиданные взлёты её блеска наблюдались и впоследствии. Астрофизики пришли к выводу, что на ней происходят взрывы, подобные тем, что приводят к вспышке новых звёзд. В результате звезда теряет свой диск (или он как-то преобразуется и изменяется в размерах). Поскольку через некоторое время диск восстанавливается, то этот процесс повторяется заново. Подобные звёзды получили название переменных типа гаммы Кассиопеи.

Но это оказались не все странности звезды. Гамма Кассиопеи — прототип небольшой группы звёзд, рентгеновское излучение которых примерно в десять раз сильнее, чем у других звёзд классов B и Be. Спектр этого излучения — тепловой и соответствует плазме с температурой порядка десяти миллионов кельвинов. Его природа пока неизвестна. Поскольку γ Cas — двойная звезда, в телескоп на расстоянии 2” от неё можно разглядеть слабую звёздочку (11^m), то, возможно, рентгеновское излучение связано с аккрецией вещества к компаньону звезды. Масса компаньона порядка солнечной, но что он собой представляет, пока не ясно. Сразу можно сказать, что это не нейтронная звезда. Нейтронная звезда способна формировать поток рентгеновского излучения такой мощности, но тогда его спектр не был бы тепловым. А вот может ли создать такое излучение белый карлик, пока не ясно. Возможно, рентгеновское излучение связано с взаимодействием главной звезды с декреционным диском. В пользу этого говорит соответствие изменений рентгеновского излучения и видимого блеска звезды.

Судя по всему, гамма Кассиопеи обладает также сильным магнитным полем. Устойчивый периодический сигнал от неё, с периодом 1,21 дня, вероятно, возникает благодаря вращению звезды с магнитным полем, подобно тому, как это происходит у пульсаров.

Гамма Кассиопеи — субгигант на стадии превращения в гиганта. Она в 17 раз массивнее Солнца и в 10 раз больше его по размеру. Температура её поверхности 25 000 К, что приводит к излучению энергии как у 34 тысяч Солнц и придаёт звезде бело-голубой цвет. Возраст звезды восемь миллионов лет. Расстояние до неё примерно 550 световых лет.

Вторая интересная звезда созвездия — бета Кассиопеи (β Cas, Каф) желто-белый гигант спектрального класса F2III с температурой поверхности около 7000 К. Синтез гелия в его ядре закончился, и звезда находится в процессе охлаждения и расширения, превращаясь в красного гиганта. Каф интересен тем, что звёзды не проводят много времени в этом состоянии и встречаются относительно редко. Он примерно в 2 раза массивнее Солнца, в 3,5 раза его больше и в 27 раз ярче. Расстояние до него всего 55 световых лет. Возраст 1,1 миллиарда лет. Эта звезда тоже вращается с огромной скоростью, совершая 1,12 оборота за 24 часа. Из-за этого она сильно сплющена с полюсов, а её экваториальный радиус на 24% больше полярного, причём полярная область имеет температуру на 1000 К выше, чем экваториальная область. Скорость вращения составляет около 92% от критической скорости, за которой должна последовать потеря массы на экваторе. Бета Кассиопеи — пульсирующая переменная звезда типа дельты Щита, среди известных таких звёзд — вторая по яркости после Альтаира (α Орла, 0,77^m). Её яркость меняется от +2,25 до +2,31 с периодом 2,5 часа. Пульсации по природе подобны классическим цефеидам.

Интересно, что на том же этапе эволюции находится и дельта Кассиопеи (δ Cas , Рукбах), бело-голубой субгигант спектрального класса A5IV с возрастом около 600 миллионов лет, превосходящий наше Солнце по радиусу в 3,9 раза, по массе в 2,5 раза, а по светимости в 73 раза. От нас он удалён почти на 100 световых лет. Возможно, это двойная звезда. Избыточное инфракрасное излучение свидетельствует о наличии около Рукбаха диска из пыли и обломков, простирающегося на 88 а. е. Для сравнения, пояс Койпера нашей Солнечной системы, где находится Плутон и прочие транснептуновые объекты, простирается на 55 а. е. Возможно, это следующий этап формирования планетной системы после протопланетного диска.