НОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ У ЦЕФЕИД

Преодоление этих трудностей шло в двух направлениях. В одном случае была сделана попытка заменить механизм стоячей волны механизмом распространяющихся (прогрессивных) волн. В другом случае отыскивается активный источник поддержания пульсаций в периферических областях звезды.

Суммарный блеск цефеиды определяется размерами и температурой ее фотосферы. Наблюдаемые лучевые скорости ее отражают движения разовых масс в атмосфере, которая достаточно обширна. У звезд во время наибольшей положительной скорости наблюдается раздвоение спектральных линий, когда «красные» составляющие указывают на большую положительную скорость (сжатия), а «фиолетовые» свидетельствуют о существовании отрицательной скорости (расширения;-см. рис. 114). Цикл изменения лучевой скорости можно проследить на протяжении почти 14% периодов, так что одновременно на протяжении можно видеть две волны перемещения газовых масс, которые можно истолковывать как перемещения сжатия в обширной атмосфере звезды.

При этом появляются также эмиссионные линии, позволяющие говорить о горячих газовых массах, находящихся выше холодных. Эмиссионные линии наблюдаются в некоторых фазах и у Сер. Идея о прогрессивных волнах оказывается довольно плодотворной, так как она объясняет некоторые факты, которые теория стоячих волн не объясняет. В частности, скорость и смещение в прогрессивной волне различаются по фазе: при гармонических колебаниях различие фаз достигает четверти периода.

Существенно, однако, другое, — причина возникновения прогрессивных волн. Если период такой волны достаточно велик, волна испытывает отражение в атмосфере и превращается в стоячую. Но при распространении в атмосфере, где плотность падает с высотой, волна приобретает все большую амплитуду, так что в ней скорость движения частиц становится в конце концов больше скорости звука, и волна превращается в ударную, которая опять становится прогрессивной. Фронт ударной волны несет с собой высокую температуру, что объясняет появление эмиссионных линий.

Рис. 114. Лучевые скорости цефеиды в течение цикла изменений блеска (см. рис. 109). Фаза соответствует максимуму блеска

Адиабатические колебания в наружных частях звезды невозможны, так как вещество здесь по сравнению с недрами очень прозрачно и всякое нарушение температурного режима немедленно устраняется лучистым переносом. С другой стороны, как мы это знаем сейчас, ядерные источники энергии неэффективны во внешних слоях звезд. Тем не менее именно здесь был отыскан механизм, способный поддерживать пульсацию в условиях неадиабатичности — механизм автоколебаний . Жевакин). Это — «клапан», состоящий из дважды ионизованного гелия, который то восстанавливается до однократно ионизованного состояния, то вновь при повышении температуры двукратно ионизуется. Эффективное отношение теплоемкостей k здесь уменьшается до 1,25—1,35. При этом конвективная, неустойчивость лишь помогает лучистому переносу в отводе тепла, а решающими для пропускания идущего изнутри потока излучения являются изменения коэффициента непрозрачности . Ввиду малости величины основное значение приобретают изменения плотности , так как . Показатель m близок к 0,85. При сжатии звезды, т. е. при возрастании , коэффициент растет, а при ее расширении убывает. Значит, зона ионизации HeII при сжатии поглощает избыточное излучение, приходящее изнутри, а при расширении усиленно излучает его наружу, т. е. работает именно так, как клапан в тепловом двигателе.

Детальные подсчеты показывают, что при таком механизме амплитуда изменений блеска типичной цефеиды соответствует действительной, а сдвиг фазы между лучевой скоростью и блеском получается различным, в зависимости от того, как глубоко располагается зона ионизации HeII. На самом деле сдвиг фаз различен у переменных разных типов — цефеид, звезд типа RV Тельца (Tauri), долгопериодических переменных, которые укладываются в пульсационный механизм. Все эти звезды — гиганты, а именно у гигантов, как мы видели выше, можно ожидать богатого содержания Не — до 40 % по массе, — без чего невозможен механизм критической ионизации HeII как источника пульсаций. У плотных звезд главной последовательности, где ускорение силы тяжести значительно и плотность вещества в зоне HeII велика, конвективный перенос тепла преобладает, и поддержание колебаний не осуществляется. Поэтому пульсации у звезд — нормальных карликов не наблюдаются.

Цефеиды — массивные звезды, быстро проэволюционировавшие с главной последовательности вследствие исчерпания водорода в ядре и передвинувшиеся на этап выгорания гелия. Теория этого этапа показывает очень сложные эволюционные изменения, когда положение звезды на диаграмме Г — Р быстро перемещается то вправо, то влево, указывая на неустойчивость звезды в целом. Именно это и делает цефеиду нестационарной звездой на все время, пока у звезды в ядре не закончится выгорание гелия. В зависимости от массы цефеиды этот этап продолжается лет, и за короткое время при пульсациях звезда выбрасывает в межзвездное пространство значительную долю своей массы и благодаря этому приходит вновь в устойчивое состояние. На диаграмме Г — Р можно определить зону неустойчивости, которая полосой проходит довольно круто вниз от умеренно холодных сверхгигантов к умеренно горячим звездам умеренной светимости (от ), какими являются звезды класса RR Лиры. Сверху же эта зона располагается в области холодных сверхгигантов, которыми могут быть звезды Мира Кита и RV Tauri (см. дальше).