Алтайский школьник и его звезда

В журнале «Переменные Звёзды» (номер 2 за 2018 год) опубликована статья, первым автором которой является десятиклассник из Рубцовска Данил Панов. Ученик лицея «Эрудит» открыл весьма необычный объект — катаклизмическую переменную в созвездии Стрельца. Соавтор и научный руководитель школьника, сотрудник ГАИШ МГУ Денис Денисенко по просьбе N + 1 рассказал о том, как было сделано открытие и чем интересна звезда Dan V1.

Астрономия наших дней разительно отличается от своего состояния в конце XX — начале XXI века, стремительно превращаясь в астроинформатику. Всего каких-то двадцать лет назад съемка неба велась на фотопластинки, которые требовали длительных экспозиций и последующего проявления. Возможность открывать новые объекты была у избранной группы профессиональных астрономов, имеющих доступ к солидным телескопам.

В результате цифровой революции начала 2000-х годов в астрономии стали массово применяться полупроводниковые детекторы (ПЗС-матрицы), которые на порядок чувствительнее фотопластинок. Сами телескопы стали многочисленнее, поворотливей и доступнее. Появились сайты, предоставляющие доступ к автоматизированным телескопам в разных полушариях Земли.

Теперь нет необходимости лететь за тысячи километров, подниматься в горы и сидеть ночи напролет у телескопа, визуально гидируя в течение часовой экспозиции. Можно заказать серию снимков любого участка неба через интернет, затем скачать файлы на домашний компьютер и искать на них новые объекты: движущиеся (астероиды и кометы) или неподвижные (вспыхивающие Новые, сверхновые и меняющие свой блеск переменные звезды). Теперь открыть свою звезду может каждый, у кого есть доступ в интернет, даже школьник.

Десятиклассник из Рубцовска Данил Панов сделал свое открытие в августе 2017 года на снимках с телескопа сети iTelescope.Net в Австралии, находясь в летнем лагере МГУ «ЛАНАТ-Сибирь» (лагерь был организован при поддержке Фонда Андрея Мельниченко и Сибирской генерирующей компании). Для съемки на телескопе была выбрана область неба в созвездии Стрельца, которую мы уже снимали годом ранее. В рамках летней школы ЛАНАТ-2016 проходил пилотный проект «Открытие за неделю» Фонда поддержки образования «Ноосфера». Тогда на снимках 8 августа 2016 года были открыты затменная карликовая новая DDE 47, две переменные звезды Anoshin 1 и Lanin 1 и астероид DWAW001, а также отождествлена «потерянная» переменная звезда NSV 11918. Мы решили, что такая богатая на открытия площадка должна «выстрелить» снова. И не ошиблись.

Вообще говоря, процесс поиска новых астрономических объектов достаточно прост и не требует каких-то специальных знаний. Помимо компьютерной программы для просмотра снимков требуются только внимание, зоркий глаз, много терпения и немного везения. В любом астрономическом открытии всегда присутствует элемент удачи.

Безусловно, Данилу повезло открыть необычную звезду на том участке неба, где уже искали до него. «Его» звезда гаснет примерно на 10 минут каждые два с четвертью часа. В августе 2016 года мы снимали эту площадку в течение часа с четвертью, но звезда никак не проявила себя. А в августе 2017 года было получено всего 12 снимков в течение пятнадцати минут, и на первых же трех снимках звезда погасла. Можно сказать, что мы посмотрели в нужное место в нужное время. Многие ребята открывали переменные звезды до Данила, в том числе и в лагере ЛАНАТ, но именно звезда Dan V1 стала поводом для публикации статьи в научном журнале.

Чем же так необычен этот объект? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно сделать экскурс в мир переменных звезд. Этим термином называют звезды, которые меняют свой блеск (видимую яркость, или звездную величину) либо из-за каких-то внешних причин, либо вследствие физических процессов, происходящих в самой звезде или на ее поверхности. Строго говоря, все звезды являются в той или иной степени переменными (включая даже наше Солнце), но все дело в амплитуде изменений блеска. Подавляющее большинство звезд меняет свою яркость на доли процента, и это остается незаметным для наземных телескопов и обсерваторий. Такие звезды «живут» спокойной и стабильной жизнью в течение тысяч и миллионов лет.

Гораздо интереснее звезды, которые существенно меняют свою яркость на масштабах, доступных астрономическим наблюдениям. При этом причины изменений блеска могут быть разными. Астрономы выделяют пять основных классов переменных звезд: затменные (вызванные не физическими причинами, а геометрической конфигурацией звезд в двойной или кратной системе), пульсирующие, пятенные (вращающиеся вокруг своей оси), вспыхивающие и катаклизмические (взаимодействующие тесные двойные системы). Некоторые переменные звезды могут относиться одновременно к нескольким классам — например, если в двойной системе белый карлик пульсирует, на красном карлике есть пятна и наш луч зрения лежит в плоскости орбиты, такая звезда будет и затменной, и пульсирующей, и пятенной, и вспыхивающей, и катаклизмической.

Сам факт существования тесных двойных систем поражает воображение. Два объекта с общей массой как у нашего Солнца обращаются друг вокруг друга на расстоянии, примерно равном радиусу лунной орбиты. Только, в отличие от Луны, один оборот совершается не за месяц, а за пару часов! Скорость движения красного карлика вокруг горячего компонента размером с Землю составляет сотни километров в секунду. При этом часть вещества холодной звезды уносится в сторону белого карлика, обычно (но не всегда!) образуя вокруг него аккреционный диск. Процесс аккреции происходит неустойчиво и время от времени сопровождается катаклизмами. Отсюда и название этого семейства звезд — катаклизмические двойные системы.

В этот класс входят разнообразные типы переменных: карликовые и классические новые с нерегулярными вспышками, «анти-новые» с внезапными длительными падениями блеска, поляры без диска, но с мощнейшим магнитным полем, и ультракомпактные двойные системы с двумя белыми карликами. Минимальный известный период равен 321 секунде.

Катаклизмические двойные системы считаются «королевами» переменности. Во-первых, среди них попадаются звезды с рекордно высокой амплитудой изменений блеска. Во-вторых, эти звезды имеют самые короткие периоды. В-третьих, их поведение меняется на коротких интервалах времени (дни и часы). И наконец, катаклизмические переменные могут вспыхивать как Новые и сверхновые. Эти двойные системы являются предшественницами сверхновых типа Ia, которые служат «стандартными свечами» астрофизики. Если белый карлик «украдет» достаточно вещества у своей соседки и его масса превысит предел Чандрасекара, произойдет вспышка SN Ia. Возможно, следующая сверхновая в нашей Галактике взорвется в известной двойной системе с белым карликом. В том числе и по этой причине их так важно искать и изучать.

Чем больше телескопов наблюдают небо, тем больше новых переменных звезд открывают астрономы. В настоящее время переменность блеска открыта примерно у 500 тысяч звезд, при этом в звездных каталогах содержится более одного миллиарда звезд. Большинство известных переменных составляют пульсирующие и затменные звезды. В группу катаклизмических входят всего пять тысяч объектов, то есть всего один процент известных переменных. Это двойные системы с белым карликом и холодным компонентом. Среди этих пяти тысяч есть избранная группа звезд, которые отличаются своим орбитальным периодом. Всего 55 звезд (один процент от одного процента!) попадают в так называемый «провал периодов» между 2,2 и 2,8 часа. Именно такой объект открыл Данил Панов.

Перефразируя Джорджа Оруэлла, «все звезды переменные, но некоторые звезды более переменные, чем остальные». Логично, что среди сотен тысяч объектов, меняющих свой блеск, есть как рядовые, так и более ценные для науки. Первые в массе своей мало чем отличаются друг от друга, и после открытия про них часто забывают. Таких звезд большинство. Среди «более переменных» звезд есть астрофизически важные объекты, которые представляют ценность для науки.

Взаимодействующие двойные системы важны тем, что их наблюдения помогают нам понять процессы эволюции звезд, происходящие в нашей Галактике и во Вселенной в целом. А двойные системы с затмениями, к которым относится Dan V1, являются отличными «физическими лабораториями», которые позволяют измерить размеры, температуры и массы входящих в них звезд. Зная орбитальный период и скорости обращения компонентов друг вокруг друга, мы можем определить массу белого и красного карликов, входящих в двойную систему. А если в системе наблюдаются затмения горячего компонента холодным, по длительности и форме затмения можно измерить размер обеих звезд.

Катаклизмические переменные удивительны тем, что их эволюция проходит в несколько этапов. С того момента, когда более тяжелый компонент превращается в белого карлика и начинает перетягивать вещество своего холодного соседа, орбитальный период поначалу сокращается. Пока период двойной системы составляет больше трех часов, в ней работают сразу два механизма потери орбитального момента: поток звездного ветра в магнитном поле и излучение гравитационных волн.

Когда значение периода сокращается до трех часов, магнитный звездный ветер «выключается». Остаются только потери за счет гравитационных волн, эффективность которых при таких периодах очень мала. При этом взаимодействие компонентов практически прекращается и возобновляется лишь при приближении орбитального периода к двум часам. Именно поэтому распределение катаклизмических переменных по периодам имеет двугорбый вид с провалом между двумя и тремя часами, а в интервал от 2,2 до 2,8 часа попадает и вовсе один процент известных двойных систем с белым карликом. Переменная звезда Dan V1 имеет период 2,26 часа и является всего лишь одной из пятнадцати затменных катаклизмических переменных в провале периодов.

С открытием новой переменной звезды ее жизнь только начинается. Публикация статьи в журнале — далеко не последний шаг в судьбе звезды Dan V1. Это всего лишь сообщение об открытии, которое было сделано на телескопе с диаметром главного зеркала 51 сантиметр (20 дюймов). Для изучения звезды теперь нужны наблюдения на более крупных телескопах. В мире существует целое сообщество исследователей катаклизмических переменных. Проводятся специализированные международные конференции, посвященные этим объектам.

Так как звезда Данила Панова расположена в созвездии Стрельца, ее лучше всего наблюдать из южного полушария. В Южной Африке и в Чили есть специалисты по тесным двойным системам, которые наверняка заинтересуются необычным новым объектом. Поскольку звезда находится вблизи нижней границы провала периодов, ее эволюция должна начать ускоряться. Возможно, будущие наблюдения покажут сокращение периода и позволят напрямую измерить его темп. Остается пожелать переменной звезде Dan V1 интересной судьбы, а ее первооткрывателю Данилу Панову дальнейших успехов в занятиях наукой!