13. Звездный балет
Думаю, теперь вас не удивит, что многие звезды, которые вы видите на небе – с телескопом любого типа или невооруженным глазом, – куда более сложны, чем просто удаленные версии нашего собственного, такого знакомого нам Солнца. Но вы, возможно, еще не знаете, что около трети звезд на небе вовсе не одиночные, а двойные. Это пары звезд, которые связаны силой гравитации и вращаются друг вокруг друга. Иначе говоря, когда вы смотрите на ночное небо, около трети звезд, которые вы там видите, представляют собой двойные системы, даже если кажутся вам одиночной звездой. Во Вселенной существуют даже системы тройных звезд – три звезды, вращающиеся друг вокруг друга, – но они менее распространены. Поскольку многие яркие источники рентгеновского излучения в нашей Галактике оказались двойными звездами, мне довольно часто приходилось иметь с ними дело. И они, признаться, завораживают.
Каждая звезда в двойной системе путешествует вокруг того, что мы называем центром массы двойной системы, то есть точки, расположенной между этими двумя звездами. Если обе звезды имеют одинаковую массу, то центр массы находится на равном расстоянии от центра обеих. Если их массы не совпадают, то центр масс находится ближе к более крупной звезде. Поскольку обе звезды полностью оборачиваются вокруг орбиты за совершенно одинаковый промежуток времени, более массивная звезда должна иметь меньшую орбитальную скорость, чем менее массивная.
Чтобы визуализировать этот принцип, представьте гантель с грифом, соединяющим два веса одинаковой массы, вращающуюся вокруг своей средней точки. А теперь представьте вторую гантель, с весом один килограмм на одном конце и пять килограммов на другом. Центр массы такой гантели находится ближе к более тяжелому концу, поэтому, если она начнет вращаться, вы увидите, что сторона с большей массой имеет меньшую орбиту, а стороне с меньшей массой приходится пройти за то же время большее расстояние. Если же вместо концов этой гантели будут две звезды, то звезда с меньшей массой будет вращаться на своей орбите со скоростью, в пять раз превышающей скорость своей громоздкой компаньонки.
Если одна из звезд гораздо крупнее второй, центр массы системы может даже находиться в самой массивной звезде. Например, в случае с Землей и Луной (которые представляют собой двойную систему) центр массы расположен почти на 1700 километров ниже поверхности Земли. (Я еще вернусь к этому вопросу в .)
Сириус, самая яркая звезда на небе (расположена на расстоянии около 8,6 световых года от Земли), тоже представляет собой систему из двух звезд, известных как Сириус А и Сириус Б. Они обращаются вокруг общего центра масс один раз за пятьдесят лет (мы называем это периодом орбитального движения).
Как же определить, что смотришь именно на двойную звезду? Увидеть эти звезды отдельно невооруженным глазом невозможно. Но, в зависимости от того, на каком расстоянии двойная звезда находится от Земли, и от мощности используемых телескопов, иногда можно получить визуальное подтверждение, увидев две такие звезды как отдельные небесные тела.
Известный немецкий математик и астроном Фридрих Вильгельм Бессель полагал, что самая яркая звезда на небе, Сириус, является двойной системой, состоящей из видимой и невидимой звезд. Он пришел к такому выводу на основании точных астрономических наблюдений: Бессель первым в 1838 году начал проводить параллакс-наблюдения (совсем чуть-чуть опередив Хендерсона – см. ). В 1844 году он написал Александру фон Гумбольдту знаменитое письмо: «Я придерживаюсь убеждения, что звезда Сириус представляет собой двойную звезду, состоящую из видимой и невидимой звезд. Нет никаких оснований полагать, что светимость является неотъемлемым качеством космических тел. Видимость бесчисленных звезд не следует считать аргументом против невидимости столь же бесчисленного множества других». Это утверждение поистине огромной глубины, ведь мы, как правило, действительно не верим в то, что не можем увидеть. Бессель основал направление, которое сегодня называется астрономией невидимого.
Никто не видел «невидимого» спутника (Сириус Б) до 1862 года, пока Элвин Кларк не испытал совершенно новый 18,5-дюймовый телескоп (самый большой на то время, изготовленный компанией отца Кларка) в своем родном городе Кембридже. Ученый направил телескоп на Сириус, который как раз вставал над горизонтом Бостона, просто чтобы протестировать аппаратуру, и обнаружил на небе Сириус Б, который оказался в 10 тысяч раз менее ярким, чем Сириус А.
