Пульсации звёзд

Пульсации звёзд

Ю.А. ФАДЕЕВ, доктор физико-математических наук Институт астрономии РАН



Подобно многим физическим объектам звезды способны совершать колебания около состояния равновесия. В простейшем случае это сферически-симметричные пульсации, когда все элементы вещества, находящиеся на одном расстоянии от центра звезды, смещаются вдоль радиуса синхронно. Такие движения называют радиальными пульсациями. 

К радиально пульсирующим звездам относятся переменные типа дельта Цефея (классические цефеиды), RR Лиры, W Девы, RV Тельца и о Кита (мириды). Главная особенность строения этих звезд - более 90% их массы сосредоточено в компактном ядре, радиус которого не превосходит одной десятой радиуса звезды. В зависимости от типа радиапьно пульсирующей переменной поверхностные слои смещаются в ходе пульсационного цикла на расстояние, составляющее от одной десятой (переменные типа дельта Цефея) до половины (переменные типа W Девы и RV Тельца) радиуса звезды. Таким образом, при радиальных пульсациях движениями охвачена значительная часть объема звезды, однако масса пульсирующих слоев по сравнению с массой звезды невелика. Скорость движения вещества вблизи поверхности составляет несколько десятков километров в секунду. Во внешних слоях мирид и переменных типа RV Тельца ускорение силы тяжести столь незначительно, что при такой скорости часть газа безвозвратно выбрасывается в окружающее пространство. Истечение вещества из атмосфер пульсирующих звезд обнаруживается наблюдениями в инфракрасном диапазоне спектра по присутствию мельчайших пылевых частиц, конденсирующихся в истекающем от звезды газе. 

В звездах возможны и более сложные, нерадиальные колебания. Как и при радиальных пульсациях, вещество при этом смещается вдоль радиуса, однако фаза смещения зависит также и от координат точки на поверхности движущегося слоя. В результате поверхностные слои не-радиально пульсирующей звезды разделяются на отдельные участки, в одних вещество движется от центра звезды, в других - в противоположном направлении. Наиболее известные представители нерадиапьно пульсирующих звезд - переменные типа дельта Щита и бета Цефея. В отличие от радиально пульсирующих звезд, переменность блеска которых обусловлена одновременными циклическими изменениями радиуса и температуры всей поверхности звезды, при нерадиальных пульсациях изменения потока излучения связаны с вариациями температуры отдельных участков поверхности звезды. Поэтому суммарная амплитуда изменения блеска нерадиально пульсирующей звезды не велика и как правило не превосходит сотых долей звездной величины. Именно по этой причине подавляющее большинство неради-ально пульсирующих звезд было обнаружено лишь в последние годы благодаря значительному прогрессу в методах звездной фотометрии и спектроскопии. 

ПУЛЬСИРУЮЩИЕ ЗВЕЗДЫ НА ДИАГРАММЕ ГЕРЦШПРУНГА-РЕССЕЛА

Положение звезды на диаграмме Герцшпрунга-Рессела в значительной степени определяет ее эволюционный статус, т.е. принадлежность к группе звезд одного возраста t и близких по значениям массы М, светимости L, поверхностной температуры Т и содержания химических элементов. В настоящее время поверхностная температура звезд уверенно измеряется методами спектрального анализа, в то время как светимость известна недостаточно вследствие неопределенности в расстояниях до звезд. Для пульсирующих переменных проблема местонахождения звезды на диаграмме Герцшпрунга-Рес-села существенно упрощается, поскольку можно использовать дополнительные сведения: период пульсаций, амплитуда и форма кривой блеска, характерное поведение отдельных спектральных линий в течение пульса-ционного цикла. 

Первое, что бросается в глаза при рассмотрении пульсирующих звезд на диафамме Герцшпрунга-Рессела, - существование полосы, в пределах которой размещены наиболее известные и многочисленные группы пульсирующих переменных. В верхней части этой полосы расположены радиально пульсирующие гиганты... 



Пульсирующие переменные звезды на диаграмме Герцшпрунга-Рессела. Зеленая полоса - главная последовательность, синяя и красная штриховые линии - границы полосы пульсационной неустойчивости, сплошные черные линии - эволюционные треки звезд с массой 2 Mo, 5 Mo и 12Mo, штрих-пунктирная линия - эволюционный трек звезды после сброса водородной оболочки на стадии красного гиганта. Стрелками указано направление движения вдоль трека. По горизонтальной оси отложен логарифм поверхностной температуры звезды Т, по вертикальной оси - логарифм светимости звезды L, выраженной в единицах светимости Солнца Lo.