§ 2.13 Звёзды-гиганты и измерение расстояний в космосе

§ 2.13 Звёзды-гиганты и измерение расстояний в космосе

Одновременное наблюдение величин изменений блеска, интенсивности и смещения спектральных линий у переменных "пульсирующих" и спектрально двойных звёзд позволяет определить, кроме параметров их движений по орбитам, ещё и расстояние до этих объектов от Земли.

В.И. Секерин, "Теория относительности — мистификация века" [111]

Почти все цефеиды относят к типу звёзд-гигантов и сверхгигантов. В качестве типичных представителей таких звёзд можно привести Миру Кита и Антарес, размеры которых, как считают, в сотни раз превосходят размер Солнца. Эти звёзды, по современным представлениям, настолько велики, что внутри них может целиком поместиться орбита Земли и Марса. Именно с огромным размером цефеид было, в частности, связано главное возражение против теории Белопольского о двойственности цефеид, как причине колебаний их блеска. Было замечено, что если бы цефеиды представляли собой двойные звёзды, то вся орбита одной звезды умещалась бы внутри другой звезды, чего быть, конечно же, не могло: звёзды должны быть отделены некоторым промежутком [140, с. 7]. С этим, во многом, и был связан отказ от теории Белопольского, и принятие теории Эддингтона, по которой цефеиды изображались пульсирующими газовыми шарами. Однако, мы видели, что теория звёздных пульсаций не объясняет ряд особенностей цефеид. Поэтому, вероятнее всего, был неверно определён размер цефеид и радиусы орбит двойных звёзд.

В самом деле, размер орбиты двойной звезды определяют по спектральным данным, дающим орбитальную скорость, умножив которую на период обращения (период мигания цефеиды), находят протяжённость и радиус орбиты. Но, ведь, сдвиг линий в спектре цефеиды часто вызван, как выяснили, не эффектом Доплера, а эффектом Ритца. Поэтому, истинные скорости могут заметно отличаться от находимых по эффекту Доплера. А, значит, отличаются и радиусы орбит. Вообще говоря, радиус орбиты цефеиды, входящей в двойную систему вполне может быть меньше радиуса самой звезды, если масса спутника — звезды или планеты, заметно меньше массы центральной звезды, которую мы и наблюдаем. Примерно так же и Земля с Луной движутся вокруг общего центра масс, находящегося на расстоянии 2/3 радиуса Земли от её центра: орбита Земли целиком помещается внутри земного экватора. Так что, малая орбита цефеиды не отвергает гипотезы о наличии спутника. Ведь, по сдвигу спектральных линий цефеиды мы находим лишь радиус орбиты центральной звезды, а не её спутника, летящего по орбите вне пределов звёздной атмосферы.

Это — одна ошибка, но есть и другая. Мы не можем определить размер звезды, если не знаем, на каком расстоянии она находится. Размер звезды находят по её видимой яркости и известному расстоянию. Поскольку яркость единицы поверхности звезды известна (по её температуре), то можно легко рассчитать площадь диска звезды, потребную для создания её видимой яркости на заданном расстоянии. Однако, расстояния до цефеид не удаётся определить путём измерения параллаксов. Поэтому, имеется заметная неопределённость: цефеиды сами используют для определения относительных расстояний в космосе, однако абсолютной величины расстояний до них не знают. И, очень возможно, что цефеиды находятся от нас заметно ближе, чем считается. Тогда их гигантские размеры — это фикция, а реальные размеры цефеид гораздо меньше. Ведь, чем ближе звезда, тем меньший поперечник она должна иметь, чтобы обеспечить ту же видимую яркость. Не исключено, что огромные размеры и других звёзд сверхгигантов — это фикция, поскольку они находятся заметно ближе. В таком случае, звёзды-гиганты окажутся рядовыми звёздами.

Из-за неверно определённых расстояний до цефеид, гигантов и сверхгигантов была ошибочно найдена их абсолютная светимость, которая сильно завышена. Именно поэтому гигантские звёзды не ложились на главную последовательность диаграммы Герцшпрунга-Рассела (спектр-светимость). Если же эти звёзды находятся на расстояниях в несколько раз меньших и обладают меньшей светимостью, то они попадут точно в главную последовательность, оказавшись нормальными звёздами. И ничто не противоречит такому сокращению дистанций, поскольку расстояния до цефеид и звёзд-гигантов не известны наверняка, из прямых измерений их параллаксов. Взять, к примеру, сверхгигант Бетельгейзе (? Ориона), угловой размер ? которого ещё в 1920 г. измерил с помощью интерферометра Майкельсон, откуда на основании принятого для Бетельгейзе гигантского расстояния L был найден диаметр D звезды, заметно больший размера земной орбиты [19]. И до сих пор астрономы, считая L?500 световых лет, получают немыслимый размер Бетельгейзе D=L??10¹² м, сопоставимый с орбитой Юпитера. Но, поскольку сама оценка расстояния L не обоснована и подвергается сомнению даже со стороны астрономов, то ничто не мешает считать L в десятки раз меньшим. Тогда, при том же угловом размере звезды ?, её диаметр D=L? будет пропорционально меньше: Бетельгейзе окажется обычной звездой главной последовательности с нормальным размером и светимостью. Так же снизятся и радиометрические оценки размеров всех звёзд-гигантов и сверхгигантов, поскольку пропорциональное уменьшение размера и расстояния до звезды сохраняет неизменными её угловой размер и видимую яркость, но сильно снижает расчётную абсолютную светимость. Кстати, ложная оценка размеров и расстояний звёзд-гигантов была предложена всё тем же махинатором Эддингтоном, желавшим согласовать эти звёзды со своей нелепой теорией звёздных пульсаций и звёздной эволюции.

Вообще, шкала расстояний в космосе — это весьма спорная тема [155]. И до сих пор в ней нет уверенности. Мы упомянули о способе, предложенном Масликовым для измерения расстояний в космосе на основе эффекта космической дисперсии и БТР (§ 2.8). Другой способ, основанный на БТР, предложил В.И. Секерин. Способ этот следующий. По колебаниям скорости цефеид, найденным из спектральных данных, можно легко рассчитать амплитуду колебаний яркости, вызванных эффектом Ритца и потому пропорциональных удалённости звезды. Из сравнения амплитуды этих колебаний с измеренной определяется удалённость источника. Сделанные Секериным оценки дали расстояния до цефеид заметно меньшие найденных иными методами. Единственный недочёт такого метода в том, что мы не знаем точно, вызван ли больше сдвиг спектральных линий (по которому ищут скорости) в спектрах цефеид эффектом Доплера или Ритца.

Большие надежды по части определения расстояний до звёзд и их размеров возлагают на интерференционные методы измерений. Так, по кривой скоростей цефеид можно точно измерить, насколько, по теории пульсирующих звёзд, меняется их радиус. С другой стороны, изменение радиуса можно наблюдать с помощью интерферометров, имеющих высокое угловое разрешение и дающих изменение радиуса в угловой мере. Поэтому, можно найти расстояние до цефеид, поделив найденное из эффекта Доплера изменение радиуса — на угловое его изменение. Однако, как выяснили выше, колебания спектров цефеид вызваны не пульсацией звёзд, а их орбитальным движением. Оно же порождает иллюзорные колебания размеров звёзд, причём наблюдаемая с помощью интерферометров форма звёзд отличается от круга и периодически меняется: звезды испытывают явно не радиальные пульсации, о причинах чего будет сказано далее (§ 2.16). Этот эффект и взаимное движение двойных звёзд и приводит к периодическому видимому изменению угловых размеров систем цефеид, хотя реальные их размеры не меняются. Поэтому, ясно, что теория пульсаций не может дать адекватной оценки расстояния до звезды.

И, всё же, интерференционные измерения форм и размеров цефеид, несомненно, позволят окончательно проверить справедливость БТР и гипотезу Белопольского о цефеидах, как о двойных звёздах. Астроинтерферометры предоставят возможность точно измерить и расстояния до цефеид, поскольку изменения формы диска звезды можно рассчитать как раз на основании данных о яркости звезды и её спектра. Обладающие высокой разрешающей способностью телескопы-интерферометры, вероятно, выявят однажды и спутники цефеид. Поэтому, дальнейшее развитие интерферометрических методов наблюдений было бы весьма желательно, ибо они могут дать решающее свидетельство в споре между БТР и СТО. Напомним, что именно интерферометрический опыт Майкельсона дал первый аргумент в пользу теорию Ритца (§ 1.9), а начатые тем же Майкельсоном интерферометрические исследования звёзд могут предоставить и окончательное подтверждение БТР. Кроме того, если подтвердится ошибочность СТО с теорией пульсаций цефеид, и эти "верстовые столбы Вселенной" окажутся не такими уж гигантами, то все звёзды и галактики станут намного ближе и доступнее, как за счёт снятия светового барьера, так и от снижения масштаба расстояний.