ПРОВЕРКА ТЕОРИИ ПО ВРАЩЕНИЮ ЛИНИИ АПСИД В ТЕСНЫХ СИСТЕМАХ И ПО СОЛНЕЧНЫМ ПУЛЬСАЦИЯМ

Хотя недра звезд непосредственно ненаблюдаемы, есть одна возможность эмпирической проверки наших теоретически построеных моделей, правда, лишь для одного класса звезд: для горячих звезд главной последовательности. Такие звезды входят в состав некоторых тесных двойных систем, где наблюдается вращение линии апсид, т. е. вращение большой оси орбиты.

У спектрально-двойных звезд это проявляется в виде изменения долготы периастра и обнаруживается при сравнении орбитальных элементов, полученных из двух достаточно удаленных по времени рядов наблюдений.

У затменных двойных прогрессивный поворот орбиты выражается медленно протекающим смещением вторичного минимума относительно середины между двумя последовательными главными минимумами (см. § 12 и рис. 99). По мере поворота линии апсид смещение изменяется по величине и по знаку, что позволяет определить и значение эксцентриситета орбиты, и период вращения U линии апсид; обычно это десятки и сотни лет.

Причина вращения орбитального эллипса в тесной двойной системе заключается в том, что компоненты ее из-за взаимных приливных воздействий имеют не шаровую, а деформированную фигуру (в грубом приближении — трехосный эллипсоид), а тогда их орбитальное движение не сводится к движению материальных точек и, следовательно, не является кеплеровским движением; в частности, большая ось эллипса аппроксимирующего орбиту, будет вращаться вперед, в направлении орбитального движения. Скорость вращения тем больше, чем сильнее нарушено гравитационное поле деформацией Фигур звезд, т. е. чем больше относительные размеры компонент и чем более они однородны. Если бы в компонентах была очень высокая степень концентрации вещества к центру, то их вполне можно было бы уподобить материальным точкам и отступлений от кеплеровского движения не было бы.

Теория позволяет ввести некий параметр от которого в первую очередь зависит скорость движения линии апсид.

Он равен 0,750 для однородной звезды и всего лишь 0,011 для второго варианта модели горячей звезды с массой , приведенного в таблице 14, т. е. для модели с малым, плотным ядром. Аналогичный вариант для звезды с массой дает значение . Отношение орбитального периода Р к периоду вращения линии апсид U дается приближенной формулой

    (18.12)

Первое слагаемое выражает роль первой компоненты, второе — второй. Единица в квадратных скобках учитывает деформацию компоненты вследствие осевого вращения, которое в данном случае предполагается имеющим тот же период Р. При значительном орбитальном эксцентриситете коэффициент при отношении масс становится заметно больше.

Рис. 104. Эволюция кривой блеска RU Единорога в XX в. вследствие движения линии апсид

В настоящее время изучено свыше десятка затменных систем с движением линии апсид, для которых хорошо определены радиусы компонент и и оценены их массы (рис. 104). Величины (если считать их равными) могут быть для этих восьми случаев определены из уравнения (18.12) и сравнены с тем, что дает теория в случае моделей горячих звезд главной последовательности для масс 10,5 и , ибо именно таковы массы компонент в указанных восьми системах. Получается удовлетворительное совпадение теоретических и эмпирических значений кг, если модель брать при значительно продвинувшейся эволюции звезды, потерявшей в ядре почти весь водород, т. е. во II варианте таблицы 14. Так, например, для компонент (см. таблицу 13), где , получается . Выше было сказано, что для II варианта модели - с . Совпадение действительно хорошее; правда, не следует упускать из виду, что масса компонент равна 17,7 а не .

В 1975 г. в трех странах, СССР, Англии и США, почти одновременно тремя независимыми группами ученых было сделано выдающееся открытие: пульсация солнечной фотосферы с периодом 2 ч 40 мин (в США нашли период 17 мин) и амплитудой км (наибольшая скорость приближения или удаления поверхности Солнца от наблюдателя 2 м/с). Если рассматривать этот результат с точки зрения теории адиабатических пульсаций газовых шаров, то он говорит за то, что Солнце практически не имеет концентрации вещества к центру, а это сопровождается и весьма незначительным возрастанием температуры к центру. Как крайний предел отсюда получается центральная температура , а тогда протон-протонная реакция даст энергии в 104 раз меньше, чем фактически наблюдается у Солнца.

Если строение Солнца соответствует стандартной или близкой к ней модели с и плотностью , его период пульсаций должен быть значительно меньше, в частности, был бы приемлем период 48 мин [см. формулу (18.11)), который фактически намечается в наблюдениях, но с очень малой амплитудой. Теория акустических колебаний газовых шаров в применении к Солнцу указывает на периоды 48 мин и 191 мин, но в то время как первый из них соответствует фундаментальному радиальному колебанию, второй относится к квадрупольному колебанию (т. е. нерадиальному), и трудно понять, почему второе много сильнее (по амплитуде) первого.

Теоретики продолжают изучать этот вопрос, считая, что решение его далеко не закончено. Но астрономам приходится параллельно решать также и другой вопрос: правильны ли наши представления о центральной температуре Солнца и, тем самым, об источниках звездной энергии вообще? Здесь можно опереться на другой эксперимент, задуманный около 20 лет назад и осуществленный в полной мере за последние 5 лет.

Его теоретическая основа лежит в протекании протон-протонной реакции, первый этап которой таков (с. 211):

а в процессе всей реакции при образовании одного гелиевого ядра выделяется энергия 24,2 МэВ плюс два нейтрино v, каждый из которых имеет среднюю энергию 0,26 МэВ. В то время как фотоны, рожденные в недрах звезды, затрачивают для выхода из недр звезды миллион лет, нейтрино вылетают оттуда практически мгновенно, так как движутся со скоростью света, не испытывая столкновений с другими частицами. Можно рассчитать, каков будет их поток, попадающий на единицу земной поверхности. Он оказывается равным и остается неуловимым, так как и земной шар нейтрино пронизывают практически беспрепятственно. Однако ничтожная часть их все же задерживается и может стать наблюдаемой по производимому ими эффекту.

Это осуществляется в эксперименте Дэвиса, использовавшего реакцию «обратного бета-распада», когда ядро устойчивого изотопа хлора при поглощении нейтрино v превращается в радиоактивный изотоп аргона 87 А г, также относительно устойчивого:

    (18.13)

К сожалению, энергия v в р-р-реакции (0,26 МэВ) недостаточна для осуществления реакции (18.13).

Параллельно с р-р-реакцией при идет реакция

    (18.14)

(см. с. 211), при которой нейтрино несравненно более энергичны (в среднем 7,2 МэВ) и способны успешно участвовать в реакции (18.13), однако число их на четыре порядка меньше, чем в реакции : их поток на поверхность Земли не больше .

В опыте Дэвиса бак, содержащий 400 м3 четырех хлор истого углерода ( тонн), помещен на глубине 1450 м в заброшенной шахте. Изотоп составляет четвертую долю всех атомов хлора и в рассматриваемой емкости он представлен атомами. Поперечное сечение столкновения нейтрино из реакции (18.14) с ядром равно на каждое, ядро-мишень, поэтому в емкости Дэвиса должно образовываться 0,80 ядер в сутки, тогда как эксперимент, проводившийся три года, показал, не больше 0,2 ядра в сутки. Более того, кроме нейтрино от реакции (18.14) на Солнце должны возникать энергичные нейтрино от других реакций, которые доводят теоретический выход до 1,08 ядра в сутки. Расхождение с практическим выходом, , еще разительнее!

Можно ли отсюда прийти к выводу, что наши взгляды на термоядерную природу звездной энергии ложны? Такой вывод был бы преждевременным. Как и в вопросе о солнечных пульсациях, в теории обнаруживаются отдельные погрешности и неуверенности в расчетах, которые необходимо устранить. Тем более что вращение линии апсид в тесных двойных системах, наоборот, вселяете нас уверенность в правильности теории внутреннего строения звезд, хотя доминирующие факторы в этом случае находятся в звездной оболочке.