КАТАКЛИЗМИЧЕСКИЕ И СИМБИОТИЧЕСКИЕ ЗВЕЗДЫ

Двойные звезды, которые претерпевают вспышки излучения в оптическом диапазоне, имеют общее название катаклизмических. Существует множество разновидностей катаклизмических звезд, вспышки излучения которых чередуются в некоторой последовательности, причем энергетика вспышечных процессов не столь велика, как у Новых. Естественно, все эти вспышки вызваны не термоядерными взрывами, а какими-то другими процессами, о которых мы расскажем довольно бегло, поскольку это не относится непосредственно к теме нашей брошюры. Отметим, что все катаклизмическне звезды входят в состав тесных двойных систем, в которых период обращения компонентов составляет порядка нескольких часов. Тесная двойная система с катаклизми-ческой звездой обычно состоит из маломассивной звезды, находящейся на стадии красного гиганта или главной последовательности, и белого карлика. После заполнения полости Роша этой звездой ее вещество начинает перетекать на белый карлик, образуя около него аккреционный диск. Заполнение полости Роша может происходить из-за потери орбитального момента за счет звездного ветра, благодаря чему, компоненты системы сближаются, а их полости Роша уменьшаются вплоть до того, как одна из них не оказывается меньше размеров обычной звезды. На начальных этапах формирования аккреционного диска в таких системах и возникают вспышечные процессы, связанные с неустойчивостью аккреционного диска.

Обсуждая феномен Новых, мы предполагали, что темп аккреции вещества на белый карлик практически яе меняется, однако это возможно лишь тогда, когда аккреционный диск имеет достаточно большую массу. На начальных же этапах его формирования аккреционный диск весьма неустойчив, и время от времени часть его вещества попадает на поверхность белого карлика, приводя к вспышкам его излучения. Надо сказать, что если масса аккреционного диска мала, то падения вещества из него на поверхность белого карлика почти не происходит, чему, в частности, препятствует давление излучения горячего белого карлика. Лишь неустойчивое состояние аккреционного диска на этой стадии обусловливает попадание вещества на поверхность белого карлика, правда, в случае довольно высокого темпа пополнения аккреционного диска веществом он может стать неустойчивым и при более поздней стадии формирования. В последнем случае вспышки возникают более редко, но зато они и более мощные.

В распределении таких систем по периодам наблюдается интересная закономерность: отсутствие систем с катаклизмическими звездами, имеющих периоды от 2 до 3 ч (рис. 14). Некоторые ученые предполагают, что это связано с эволюцией более массивного компонента системы, когда он в результате потери вещества уменьшается в массе до 0,3 Мс. Дело в том, что в этом случае звезда становится полностью конвективной, и данное обстоятельство может привести к резкому уменьшению потоков звездного ветра. Последнее обусловливает внезапное уменьшение потерк углового момента за счет звездного ветра, звезда убыстряет вращение и сжимается так, что стано вится внутри своей поло сти Роша, и в конечном итоге становится разде ленной, т. е. без обменами. Расчеты указывают,что звездный ветер является главным источником потери углового момента в системах с периодами от 3 до 6—8 ч. Естественно, в рамках этой гипотезы для систем с периодами менее 2 ч должен существовать другой эффективный источник потери углового момента системой (обычно его связывают с излучением гравитационных волн системой).

Вот, пожалуй, и все о катаклизмических звездах, претерпевающих маломощные вспышки и представляющих для нас интерес главным образом из-за того, что часть из них со временем может вспыхнуть как Новые. Ведь в самом деле, когда масса аккреционного диска становится достаточно большой, может начаться аккре-ция вещества с практически постоянным темпом, а это при выполнении ряда условий (о которых говорилось в предыдущем разделе) приводит к феномену Новых. Отметим, правда, что двойные системы с катаклизмическими звездами возникают не только в ходе естественной эволюции тесных двойных систем, но могут образоваться и вследствие приливного захвата в областях с большой концентрацией звезд (например, в шаровых звездных скоплениях).

Обратимся теперь к еще одной разновидности двойных систем, которые выявились по специфическим спектрам входящих в них звезд. Эти звезды получили название симбиотических, поскольку в их спектрах одновременно присутствуют полосы поглощения окиси титана (признак холодной звезды) и эмиссионные линия элементов очень высокой степени ионизации (признак горячей звезды). Характерной особенностью симбиотических звезд является то, что они могут увеличивать на несколько месяцев свой блеск, а затем возвращаются к прежнему уровню излучения. На рис. 15 представлена кривая блеска одной из таких звезд (Z Андромеды), где прослеживаются относительно спокойные периоды, сменяемые периодами активности (при повышении блеска на 3—4^m). Известны так называемые симбиотиче-ские Новые, блеск которых увеличивается на 4^m и остается на этом уровне в течение десятилетий.

Холодные компоненты в этих двойных системах являются гигантами или сверхгигантами спектрального класса М (очень редко спектральных классов К и G). В спектрах симбиотических звезд обнаружены линии элементов на различной степени ионизации. Излучение в линиях, соответствующих низкой степени ионизации элементов (в том числе и нейтральных), вероятно, образуется в атмосфере холодного компонента под воздействием излучения горячего компонента.. Спектральные линии, соответствующие высокой степени ионизации элементов, напоминают те, которые характерны для спектров разреженных планетарных туманностей (сброшенных оболочек красных гигантов). Ультрафиолетовые наблюдения с помощью спутника “ИУЭ” указывают на очень высокую температуру горячего компонента — от нескольких десятков тысяч Кельвинов до 100 тыс. К. На диаграмме Герцшпрунга—Рессела (рис. 16) горячие компоненты, согласно А. А. Боярчуку, должны располагаться в районе, занятом ядрами планетарных туманностей, а холодные компоненты — в области гигантов.

Интересно, что степень ионизации, характерная для эмиссионных линий элементов в спектрах симбиотических звезд определенным образом коррелирует с изменением их блеска: в минимуме блеска она выше, чем во время максимума. По характерным особенностям своего инфракрасного излучения симбиотические звезды подразделяются на классы S и D. Так называемый показатель цвета симбиотических звезд класса S такой же, как у холодных звезд. Симбиотические звезды класса D имеют избыток инфракрасного излучения, обусловленный наличием у них пылевой составляющей (холодный компонент здесь является миридой, т. е. звездой типа Миры Кита).

В настоящее время сейчас мало кто сомневается в том, что симбиотические звезды — это двойные системы, хотя только у двух таких звезд были обнаружены затмения блеска, обусловленные наличием второго компонента системы. Последнее указывает на то, что симбиотические звезды являются долгопериодическими-двойными системами, которые, вообще говоря, не относятся к классу тесных двойных систем. Ряд ученых. предполагают, что вследствии аккреции вещества на один из компонентов (белый карлик или звезду главной последовательности) поверхностная температура достигает порядка 0,1 млн. К и выше. В результате возрастает роль давления излучения звезды, способствуя истечению вещества из горячего компонента с образованием вокруг него протяженной туманности. В рамках этой модели достаточно хорошо объясняются наблюдаемые свойства симбиотических звезд, в том числе и. переменность их блеска.

Однако существует и альтернативная точка зрения на природу симбиотических звезд, связывающая их вспышечный характер с проявлением неустойчивого-ядерного горения водорода на поверхности белого карлика. Поскольку симбиотические звезды — это системы с достаточно сильным разделением компонентов, обмен массой в них возможен лишь за счет звездного ветра,. а не при перетекании вещества после заполнения звездой полости Роша. Обычно предполагают, что холодный компонент в этой двойной системе — красный сверхгигант, претерпевающий достаточно высокую потерю массы (10-⁵—10-⁷ Мс в год), из которой лишь часть массы попадает на белый карлик с темпом аккреции 10-⁷—10-⁹ Мс в год. Как указывалось в конце предыдущего раздела, при темпе аккреции порядка 10-⁷ Мс в год ядерное горение водорода осуществляется в спокойном режиме, который нарушается при меньшем темпе аккреции (вплоть до появления симбиотических Новых).

В зависимости от степени активности симбиотиче-скях звезд польские астрофизики Б. Пачинский и Б. Ру-дак предложили разделять эти объекты на I и II типы. К симбиотическим звездам I типа они отнесли такие, у которых наблюдаются квазипериодические изменения блеска с характерным временем не более нескольких месяцев при максимальном возрастании блеска до 4^m (Z Андромеды). Этот тип звезд польские ученые сопоставляют со стационарным ядерным горением водорода в оболочке белого карлика при аккреции, причем изменение блеска они связывают с неустойчивостью ядерного горения, когда темп аккреции колеблется около значения 10-⁷ Мс в год. Если масса горячего белого карлика весьма значительна (около 1,2 Mc), то даже изменение массы оболочки на величину 4*10-⁷ Мс способно привести к изменению блеска звезды до 3 ^m.

К симбиотическим звездам II типа Б. Пачинский и Б. Рудак относят те, в спектрах которых наблюдаются эмиссионные линии элементов с низкой степенью ионизации, а во время вспышек блеск возрастает до 5^m и может оставаться на таком уровне в течение нескольких лет. В двойных системах, соответствующих этому типу звезд, темп аккреции меньше 10-⁷ Мс в год, что достаточно для накопления массы в оболочке, необходимой для развития феномена Новой. Польские астрофизики обратили также внимание на то, что симбиоти-ческие звезды I типа в рамках данного сценария могут иногда представляться как симбиотические звезды II типа, если в оболочке белого карлика накопится достаточное количество гелия (10-³ Мс}, чтобы началось ядерное горение гелия, носящее, как мы знаем, вспышеч-ный характер (естественно, энергетика таких вспышек иная, чем у обычных систем симбиотических звезд II типа).

В заключение покажем, как действует рассмотренная здесь альтернативная модель на примере симбио-тической Новой PU Лисички. Наблюдательные данные, полученные на Крымской астрофизической обсерватории АН СССР и Южной станции Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга в Крыму, свидетельствуют о том, что в 1978 г. блеск этой звезды возрос на 5^m и, оставаясь примерно на постоянном уровне (9^m), испытывал небольшие колебания (дo-0,15^m ) с периодом около 80 сут (рис. 17). В это время спектр PU Лисички напоминал спектр сверхгиганта спектрального класса F с эффективной температурой 6300 К. В начале 1980 г. блеск PU Лисички стал уменьшаться и к концу 1980 г. достиг 13,6^m, но к августу 1981 г. восстановился на обычном уровне (8,6^m). Теперь перейдем к теоретическому описанию наблюдавшегося вспышечного процесса.

Согласно рассматриваемой модели мы имеем дело с двойной системой, состоящей из красного гиганта (или сверхгиганта), теряющего вещество из-за мощного звездного ветра, и белого карлика, на который аккрецируется часть этого вещества. Увеличение блеска в течение примерно года хорошо согласуется с энергетикой, создаваемой возгоранием водорода в слоевом источнике вблизи поверхности белого карлика, который превращается в желтый гигант, состоящий из углеродно-кислородного ядра и водородно-гелиевой оболочки с массой порядка 10-⁴Мс. Поскольку электронная составляющая вещества находится в вырожденном состоянии, то возникают неустойчивости в ядерном горении водорода. Это и другие причины вызывают небольшие колебания блеска. Расширение аккрецируемой оболочки, вызванное возгоранием водорода, весьма значительно и обусловливает появление мощного звездного ветра, “сдувающего” часть аккрецируемой оболочки в окружающее пространство. В этой сброшенной оболочке интенсивно идут процессы образования пылинок, и их экранирование света звезды объясняет некоторое ослабление видимого блеска ниже обычного уровня.

В таком состоянии PU Лисички может находиться в течение нескольких десятков лет, оставаясь выглядеть жак яркий сверхгигант. Так, например, симбиотическая Новая RR Телескопа, вспыхнувшая в 1944 г., почти SO лет находилась в этом состоянии, пока не вспыхнула вновь. Следует отметить, что энергетика симбиотических Новых даже несколько превышает ту, которая свойственна обычным Новым. Во всяком случае, симбиотические Новые, несомненно, вызываются вспышечным возгоранием водорода в аккрецируемой оболочке белого карлика в двойной системе. Что же касается других симбиотических звезд, то здесь возможны и альтернативные варианты.