Что такое звезды?

Во Вселенной много белых карликов. Одно времяони считались редкостью, но внимательное изучение фотопластинок, полученных вобсерватории Маунт-Паломар (США), показало, что их количество превышает 1500. Удалось оценить пространственную плотность белых карликов: оказывается, в сферес радиусом в 30 световых лет должно находиться около 100 таких звёзд. Историяоткрытия белых карликов восходит к началу 19 В, когда Фридрих Вильгельм Бессель, прослеживая движение наиболее яркой звезды Сириус, открыл, что её путь являетсяне прямой линией, а имеет волнообразный характер. Собственное движение звездыпроисходило не по прямой линии; казалось, что она едва заметно смещалась изстороны в сторону. К 1844 г., спустя примерно десять лет после первых наблюденийСириуса, Бессель пришёл к выводу, что рядом с Сириусом находится вторая звезда, которая, будучи невидимой, оказывает на Сириус гравитационное воздействие; онообнаруживается по колебаниям в движении Сириуса. Ещё более интересным оказалосьто обстоятельство, что если тёмный компонент действительно существует, топериод обращения обеих звёзд относительно их общего центра тяжести равенприблизительно 50 годам.

Перенесёмсяв 1862 г. и из Германии в Кембридж, штат Массачусетс (США). Алвану Кларку, крупнейшему строителю телескопов в США, Университетам штата Миссисипи былопоручено сконструировать телескоп с объективом диаметром 18,5 дюйма (46 см), который должен был стать самым большим телескопом в мире. После того как Кларкзакончил обработку линзы телескопа, нужно было проверить, обеспечена линеобходимая точность формы её поверхности. С этой целью линзу установили вподвижной трубе и направили на Сириус — самую яркую звезду, являющуюся лучшимобъектом для проверки линз и выявления их дефектов. Зафиксировав положениетрубы телескопа, Алван Кларк увидел слабый «призрак», который появился навосточном краю поля зрения телескопа в отблеске Сириуса. Затем, по мередвижения небосвода, в поле зрения попал и сам Сириус. Его изображение былоискажено — казалось, что «призрак» представляет собой дефект линзы, который следовалобы устранить, прежде чем сдать линзу в эксплуатацию. Однако эта возникшая вполе зрения телескопа слабая звёздочка оказалась компонентом Сириуса, предсказанным Бесселем. В заключение следует добавить, что из-за начавшейсяпервой мировой войны телескоп Кларка так никогда и не был отправлен в Миссисипи- его установили в Дирбоновской обсерватории, вблизи Чикаго, а линзуиспользуют, по сей день, но на другой установке.

Таким образом, Сириус стал предметомвсеобщего интереса и многих исследований, ибо физические характеристики двойнойсистемы заинтриговали астрономов. С учётом особенностей движения Сириуса, егорасстояние до Земли и амплитуды отклонений от прямолинейного движенияастрономам удалось определить характеристики обеих звёзд системы, названых СириусА и Сириус В. Суммарная масса обеих звёзд оказалась в 3,4 раза больше массыСолнца. Было найдено, что расстояние между звёздами почти в 20 раз превышаетрасстояние между Солнцем и Землёй, то есть примерно равно расстоянию междуСолнцем и Ураном; полученная на основании измерения параметров орбиты массаСириуса, А оказалась в 2,5 раза больше массы Солнца, а масса Сириуса В составила95% массы Солнца. После того как были определены светимости обеих звёзд, обнаружилось, что Сириус, А почти в 10 000 раз ярче, чем Сириус В. По абсолютнойвеличине Сириуса, А мы знаем, что он примерно в 35,5 раза светит сильнее Солнца. Отсюда следует, что светимость Солнца в 300 раз превышает светимость Сириуса В.

Светимость любой звезды зависит оттемпературы поверхности звезды и её размеров, то есть диаметра. Близостьвторого компонента к более яркому Сириусу, А чрезвычайно осложняет определениеего спектра, что необходимо для установки температуры звезды. В 1915 г. сиспользованием всех технических средств, которыми располагала крупнейшаяобсерватория того времени Маунт-Вилсон (США), были получены удачные фотографииспектра Сириуса. Это привело к неожиданному открытию: температура спутникасоставляла 8000 К, тогда как Солнце имеет температуру 5700 К. Таким образом, спутник в действительности оказался горячее Солнца, а это означало, чтосветимость единицы его поверхности также больше.

В самом деле, простой расчёт показывает, чтокаждый сантиметр этой звезды излучает в четыре раза больше энергии, чемквадратный сантиметр поверхности Солнца. Отсюда следует, что поверхностьспутника должна быть в 300´4 раз меньше, чемповерхность Солнца, и Сириус В должен иметь диаметр около 40 000 км. Однако масса этой звезды составляет 95% от массы Солнца. Этот значит, что огромноеколичество вещества должно быть упаковано в чрезвычайно малом объёме, иначеговоря, звезда должна быть плотной. В результате несложных арифметическихдействий получаем, что плотность спутника почти в 100 000 раз превышаетплотность воды. Кубический сантиметр этого вещества на Земле весил бы 100 кг, а 0,5 л такого вещества — около 50 т.

Такова история открытия первого белого карлика. Атеперь зададимся вопросом, каким образом вещество можно сжать так, чтобы одинкубический сантиметр его весил 100 кг?

Когда в результате высокого давления веществосжато до больших плотностей, как в белых карликах, то вступает в действиедругой тип давления, так называемое «вырожденное давление». Оно появляется присильнейшем сжатии вещества в недрах звезды. Именно сжатие, а не высокиетемпературы является причиной вырожденного давления. Вследствие сильного сжатияатомы оказываются настолько плотно упакованными, что электронные оболочкиначинают проникать одна в другую.