От чёрных облаков к чёрным дырам
Шрифт:
Итак, предположим, что среднее расстояние от скопления до нас равно d пк. Тогда можно превратить видимые величины на рис. 24 в абсолютные, вычитая из первых величину 5lg d—5. А чему же равна величина 5lg d? Опять, если взять для примера Солнце, то получим, что оно имеет абсолютную величину, примерно равную 5, и цветовой показатель 0,6 на диаграмме Г—Р. На рис. 24 цветовой показатель 0,6 соответствует средней видимой величине 10. Поэтому разность m — М равна l0 — 5 = 5. Отсюда получаем
5 lg d– 5 = 5,
т.
Как ни хорош этот метод для определения расстояний до звёзд, он может привести к совершенно неправильным результатам, если забыть про одно важное обстоятельство. Речь идёт о межзвёздном поглощении, и роль этого явления можно качественно пояснить на следующем примере.
Мы уже отмечали, что в силу закона обратных квадратов для освещённости, чем больше удалён источник света от нас, тем он кажется слабее. Когда мы удаляемся от уличного фонаря, мы видим, как он становится все тусклее и тусклее. Но есть и другая причина, по которой даже совсем близкий свет фонаря может казаться тусклым. Если в воздухе густой туман, то свет будет ослабевать, даже если источник не очень далеко, так как будет поглощаться и рассеиваться частичками тумана.
Точно так же рассеяние и поглощение в Галактике приводит к ослаблению света звёзд, доходящего до нас. По этой причине звезда кажется нам более тусклой, чем она была бы в случае, когда по дороге не встречалось бы никакого ослабляющего свет вещества. В результате видимая величина такой звезды будет больше, чем она была бы без межзвёздного поглощения. Если пользоваться нашей формулой в том виде, как она приведена, мы будем все время переоценивать расстояние до звезды.
В начале нашего века явление межзвёздного поглощения не было известно. Если вернуться назад и взглянуть на фотографию Млечного Пути на рис. 17, то мы заметим тёмные области, перемежающиеся со светлыми. Если светлые пятна связаны со светом звёзд, то чему отвечают тёмные пятна? Раньше считали, что наличие этих пятен означает отсутствие звёзд. Сейчас же мы понимаем, что звёзды имеются и в этих тёмных областях, но их свет не может достичь нас из-за мешающей ему пыли. Подобное межзвёздное поглощение света может проявляться в самой разной степени, от лёгкого ослабления света звезды до полного его гашения. Туманность Конская голова, показанная на рис. 25, является классическим примером облака межзвёздной пыли.
Рис. 25. Туманность Конская голова
Таким образом, многие из более ранних оценок звёздных расстояний в нашей Галактике должны быть пересмотрены сторону уменьшения с учётом эффекта межзвёздного поглощения! Это было, также причиной того, почему прежние исследователи, вроде Гершелей, считали, что Галактика в целом имеет своим центром Солнце. Дело в том, что при более ограниченных наблюдательных возможностях эти учёные не могли видеть звёзды, находящиеся дальше некоторого расстояния, примерно одинакового во всех направлениях. Они не могли, например, видеть истинный центр Галактики, так как свет от столь далёких
Конечно, поглощение не так сильно для длин волн, больших, чем у видимого света, и именно поэтому мы имеем возможность воспроизвести общую картину Галактики. В частности, очень важными в понимании структуры Галактики были исследования с использованием волн длиной 21 см (рис. 26).
Рис. 26. Карта Галактики, которая построена с помощью изображений, полученных регистрацией излучения на длине волны 21 см. Сквозь более плотные области просвечивают спиральные рукава
Следует заметить, что газ в Галактике не играет главной роли в процессе поглощения света. Считается, что основные виновники — твёрдые частички вещества, которые значительно более эффективно, чем атомы или молекулы газа, ослабляют свет звёзд либо за счёт поглощения его, либо за счёт рассеяния по разным направлениям. Теоретики могут рассчитать, какое ослабление света вызовет твёрдое зёрнышко определённого размера и состава, и подобные расчёты позволяют построить модели того, из чего состоит межзвёздная пыль. Наиболее приемлемыми кандидатами являются твёрдый водород, графит, силикаты, а типичный размер зёрен — порядка микронов (1 микрон = 1/1000 мм). Проверка модели заключается в её способности правильно воспроизвести наблюдаемое ослабление света для различных длин волн.
Если нам известна степень поглощения, мы можем исправить ранее преувеличенные расстояния до удалённых звёзд. Именно это и было сделано в 1920-е годы, когда астрономы установили правильные размеры Галактики.
Имеются и некоторые другие методы определения расстояний до звёзд, использующих специальные свойства отдельных типов звёзд или звёздных скоплений. Мы не будем входить во все детали, так как нашей главной целью было описать общие методы, используемые для измерения расстояний до звёзд в Галактике. С помощью этих методов получены достаточно точные значения расстояний до ближайших звёзд, вплоть до 20 пк, и приближённые значения расстояний до более далёких звёзд. Точность любого метода неизбежно падает, когда мы наблюдаем все более далёкие звёзды.
Теперь, когда нам известно, как далеки звёзды и как они ярки, можно полностью перейти к решению главной задачи книги — изучению того, как меняется с возрастом структура звезды и как эти изменения фиксируются астрономическими наблюдениями.
Глава 5 РОЖДЕНИЕ ЗВЕЗДЫ
Приступим к рассказу об истории жизни звезды, начиная с её рождения. Согласно современным теориям образования звёзд, эта история начинается внутри тёмного межзвёздного облака газа и пыли.
Рис. 27. Туманность Ориона. Наличие молекул оксида углерода отмечено буквами СО. Образование звёзд происходит в области инфракрасных источников: 1 - молекулярное облако, 2 — инфракрасные источники
На рис. 27 показана туманность Ориона. Это облако газа, внутри которого рождаются звёзды. Яркая часть Облака освещена вновь народившимися звёздами. Но в этом облаке содержится значительно больше того, что может увидеть глаз. Если мы ограничимся светом от этого облака, приходящим к нам в видимой области, то потеряем существенную информацию. С развитием в 60—70-е годы техники микроволновой инфракрасной астрономии межзвёздные облака начали раскрывать многие до той поры скрытые тайны своего устройства531 .