Удивителен и многообразен мир звезд. Здесь мы встречаем звезды-маяки в сотни тысяч раз ярче Солнца и тусклые красные карлики, которые и с расстояния в несколько световых лет не разглядеть без телескопа. Пару недель назад мы говорили о Регуле, главной звезде в созвездии Льва, а сегодня героем нашей рубрики стал крошечный красный карлик Вольф 359, еще одна звезда в этом весеннем созвездии. Вольф 359 в 10 раз ближе к Солнцу, чем Регул, зато на небе в 75 тысяч раз более тусклый, чем α Льва.

Звезда Вольф 359 (другие названия — CN Льва, Глизе 406, GJ 406) — третья ближайшая к Солнцу звезда после системы тройной звезды α Центавра и звезды Барнарда. Расстояние до нее составляет всего лишь 7,8 св. лет. В огромном доме под названием Галактика этот красный карлик — наш сосед. Мы живем не только в одном подъезде, но и на одном этаже. Как и любому человеку, осваивающемуся в новом доме, астрономам всегда было интересно узнать своих соседей поближе, однако в случае с такими звездами, как Вольф 359, сделать это оказалось очень непросто.

Тусклый красный карлик в представлении художника. Источник: Andrew Taylor

Несмотря на близость к Солнцу, звезду очень трудно увидеть в обычный любительский телескоп; для этого понадобится инструмент с объективом не менее 250-300 мм. Видимый блеск звезды равен 13,53m. Искать ее следует среди среди десятков других тусклых звездочек над парой звезд 56 и 59 Льва практически на линии эклиптики.

Звезда Вольф 359 находится точно в середине этого изображения. Внизу видны две относительно яркие звезды 56 Льва (справа) и 59 Льва (слева). Фото: WikiSky.org

Но обнаружить звезду еще полбеды. Нужно ведь провести необходимые измерения: узнать собственное движение и параллакс, точно измерить блеск в различных фильтрах, наконец, детально исследовать спектр. Вплоть до последней — цифровой — революции в астрономии, начавшейся 20-30 лет назад, ученые сталкивались с существенными трудностями при исследовании таких слабых звезд. И все же, год за годом по крупицам собирая информацию, они составили портрет Вольф 359.

Вольф 359: открытие

Звезда была открыта в 1917 году немецким астрономом Максом Вольфом (Max Wolf). Макс Вольф (1863 — 1932 гг.) известен как пионер в области астрофотографии. Он один из первых стал применять фотографию для систематического поиска новых космических объектов. Анализируя пластинки с помощью разработанного им специального прибора, блинк-компаратора, Вольф открыл тысячи туманностей и галактик, сотни переменных звезд, несколько сверхновых и 248 астероидов.

В апреле 1910 году Вольф выиграл соревнование у своего друга, американского астронома Эдуарда Барнарда, став первым астрономом, наблюдавшим комету Галлея во время ее очередного возвращения. Но на этом соперничество двух ученых не закончилось.

В 1916 году Барнард обнаружил в созвездии Змееносца тусклую красную звезду с очень большим собственным движением. Она так быстро перемещалась по небу, что за 190 лет должна была сместиться на величину диаметра лунного диска. Стремительное движение звезды явно указывало на ее близость к Солнечной системе. Впоследствии оказалось, что эта звезда — вторая ближайшая звезда к Солнцу после системы α Центавра; в честь первооткрывателя ее назвали «летящей» звездой Барнарда.

Макс Вольф не отставал: год спустя он открыл еще более тусклую красную звезду, которая тоже обладала высоким собственным движением (хотя и в 2 раза меньшим, чем звезда Барнарда). Так как эта звезда была 359-й подобной звездой, которую наблюдал Вольф, то именно под этим номером астроном занес ее в свой каталог звезд с высоким собственным движением. Теперь мы знаем ее как Вольф 359.

Две фотографии звезды Вольф 359, сделанные в синих (слева) и зеленых (справа) лучах с интервалом в несколько лет. Сравнивая снимки, легко заметить собственное движение звезды по небу. Фото: ESO/Digized Sky Survey 2

Если звезда Барнарда — вторая по удаленности звезда от Солнца и быстрее других перемещается по небу, то Вольф 359 почти три десятилетия считался самой тусклой звездой из известных. Блеск звезды был на 4 звездных величины слабее блеска звезды Барнарда, при том, что она находится дальше последней лишь на 2 световых года. Только в 1944 году американский астроном Ван Бисбрук нашел еще более тусклую звезду, Ван Бисбрук 10, которая — ирония судьбы! — являлась спутником другой звезды, открытой Максом Вольфом, — звезды Вольф 1055.

Вольф 359: краткая характеристика

Звезда Вольф 359 — типичный красный карлик, принадлежащая к спектральному классу М5,5V. Масса звезды находится в пределах от 0,09 до 0,13 массы Солнца (см., например, RECONS), а радиус равен 0,16-0,19 солнечных радиусов. Температура фотосферы звезды составляет 2887±20 К (у Солнца, напомним, около 5800 К). В оптическом диапазоне Вольф 359 излучает в 52000 раз меньше света, чем Солнце. Если бы этот красный карлик оказался вдруг на месте Солнца, то день на Земле тут же превратился бы в ночь: звезда создавала бы освещенность всего лишь в 10 раз выше, чем полная Луна! Правда, полная светимость Вольф 359 всего в 890 раз меньше солнечной. Почему так? Дело в том, что бо́льшую часть света звезда излучает в невидимых глазом диапазонах спектра — инфракрасном (т. е. в виде обыкновенного тепла) и отчасти рентгеновском (во время частых вспышек).

Распределение энергии в спектре звезды Вольф 359. По шкале X отложена длина волны, по шкале Y — интенсивность излучения. Видно, что максимум излучения приходится на 1 мкм — невидимую глазом, ближнюю инфракрасную область электромагнитного спектра. Источник: Я. Павленко и др., 2005

Атмосфера звезды настолько холодна, что в ней могут существовать молекулы. Спектральные исследования выявили наличие молекул воды, оксида титана, угарного газа, CrH, MgH и FeH. Вместе с тем в атмосфере звезды выявлен недостаток лития. Из-за того, что литий очень быстро «сгорает» в процессе ядерных реакций, возраст звезды должен быть не меньше 100 миллионов лет.

Как и многие красные карлики, Вольф 359 является вспыхивающей переменной звездой (в Общем каталоге переменных звезд она имеет обозначение CN Льва). Время от времени звезда внезапно резко увеличивает свой блеск, чтобы спустя несколько минут вновь вернуться в обычное состояние. Такие непериодические вспышки могут повторяться несколько раз в течение суток; они сопровождаются мощным рентгеновским излучением. Вспышки на красных карликах напоминают вспышки на Солнце, однако гораздо мощнее последних и связаны, скорее всего, с молодостью этих небольших звезд.

Вольф 359 — одиночная звезда. В течение последних 10-12 лет астрономы неоднократно пытались обнаружить у нее маломассивные спутники — планеты или коричневый карлик. При этом использовались разные методы, от прямого наблюдения в оптике и ближнем инфракрасном свете с помощью коронографа, до тщательного измерения лучевой скорости звезды. Поиски пока не дали результатов: планеты, если они у звезды есть, вероятно, имеют массу ниже массы Нептуна. При этом следует учитывать, что мониторинг лучевой скорости звезды (самый перспективный способ обнаружения экзопланет) для Вольф 359 проводился фактически в тестовом режиме. Объяснение простое: звезда очень тусклая для оптических спектрографов, а регулярные вспышки существенно искажают результаты измерений. Впрочем, уже сейчас инфракрасные спектрографы готовы взяться за поиск планет у самых тусклых звезд и даже еще более тусклых коричневых карликов с необходимой точностью. Вольф 359 находится в списке ближайших целей.

Интересно, что несмотря на вероятное одиночество, звезда Вольф 359 окружена соседними звездами плотнее, чем Солнце. Ближайшая звезда, Росс 128, находится в 3,79 св. годах от Вольф 359 (от Солнца до ближайшей звезды свет летит 4,24 года), следующая, Лаланд 21185, — в 4,11 св. годах. Солнце для Вольф 359 только 6-ая ближайшая звезда.

Вольф 359 в центре внимания

Красным карликам, вернее, отдельным представителям этого многочисленного племени звезд, редко когда посвящают специальные научные статьи, и уж тем более редко они бывают в центре внимания. Правда, в последнее время в связи с открытиями планет в системах GJ 876 и GJ 581 ситуация несколько изменилась, однако в целом это скорее исключения из правила.

Нашему герою в этом смысле повезло. Звезда не раз становилась предметом специальных исследований, а в 2001 году ей был посвящен специальный пресс-релиз ESO: Вольф 359 стала второй звездой, у которой астрономы смогли рассмотреть в оптике корону. Первой звездой, как вы понимаете, было Солнце.

Корона Солнца — настоящее украшение неба в минуты солнечных затмений. Днем корону наблюдать нельзя из-за яркой атмосферы, только во время солнечных затмений, когда диск нашей звезды загораживает Луна и небо темнеет, вокруг Солнца вдруг вспыхивает красивый ореол. Корона — это самая верхняя область солнечной атмосферы, которая состоит из разреженной и очень горячей плазмы. Еще во время солнечного затмения 1869 года американские астрономы Уильям Харкнесс и Чарльз Янг пропустили свет, идущий от солнечной короны, через призму. В получившемся спектре они увидели странные линии излучения, которые не могли быть отнесены ни к одному из известных химических элементов. Дальнейшие наблюдения короны, проведенные во время последующих солнечных затмений, лишь подтвердили их наблюдения.

корона солнца

Солнечная корона, сфотографированная во время затмения 11 августа 1999 года. Фото: Philippe Duhoux/ESO

Загадка «корония», как назвали астрономы таинственный элемент, продержалась без малого 70 лет. В начале 40-х гг. XX века астрофизики Вальтер Гротриан из Германии и Бенгт Эдлен из Швеции доказали, что наблюдаемые линии излучения возникают, когда атомы железа теряют около половины из своих 26 электронов. Никакого «корония» не существовало. Виновником появления странных линий было сильно ионизованное железо. Но столь высокая степень ионизации означала, что плазма в короне Солнца разогрета до сверхвысоких температур — до 1 миллиона градусов Цельсия!

Как такое возможно, ведь температура поверхности Солнца всего 5500 градусов Цельсия? Уже тогда астрономам было известно, что энергия Солнца рождается в его ядре, а затем переносится излучением и конвекцией от горячего ядра к холодным внешним областям звезды. Так как же могла существовать горячая корона над относительно холодной поверхностью Солнца? Механизм разогрева до конца не ясен и по сей день.

Как бы то ни было, но с тех пор интерес к короне Солнца неизменно рос. Ее исследовали в разных диапазонах спектра, в частности, в рентгеновском (горячая плазма порождает сильное рентгеновских излучение). Когда на орбите Земли начали работать рентгеновские телескопы, оказалось, что такое же излучение идет не только от Солнца, но и от других звезд. Наблюдения звезд в рентгеновских лучах показали, что звездные короны должны быть очень распространенным явлением.

В это время астроном Юрген Шмитт (Jürgen Schmitt) и его коллеги из университета Гамбурга задавали себе естественный вопрос: «Можем ли мы наблюдать короны у других звезд в обычный оптический телескоп? Ведь тогда мы сможем наблюдать короны с Земли, что сделать не только гораздо легче, чем запустить спутник, но и намного дешевле».

Проблема в наблюдении звездных корон с Земли та же, что и при изучении короны Солнца. Спектральные линии короны тонут в ярком свете звезды, а хороших коронографов, приборов, затмевающих свет звезды, как это делает Луна во время солнечных затмений, нет и сегодня. Единственный способ обнаружить корону далекой звезды в телескоп — это подобрать звезду с яркой короной и тусклым диском. И конечно, для таких наблюдений нужен очень мощный телескоп.

Тут-то астрономы и обратились к звезде Вольф 359. Слабый красный карлик с мощными корональными выбросами подходил как нельзя кстати. Предполагалось, что у вспыхивающих звезд короны почти столь же яркие, как и корона Солнца, зато диск их испускает во много тысяч раз меньше света, чем солнечный.

Очень близкая, очень тусклая и очень активная звезда Вольф 359 была идеальна во всех отношениях. Далее Шмитту и его коллегам удалось получить наблюдательное время на крупном телескопе VLT — 8,2-метровом инструменте Европейской южной обсерватории. На телескопе был установлен спектрограф UVES, который мог давать изображения спектра звезды в обычном и ультрафиолетовом свете. Все это вместе помогло решить задачу: в начале 2001 года после долгого анализа и учета всех возможных ошибок в спектре звезды Вольф 359 были выделены линии излучения многократно ионизованного железа.

С этого момента астрономы получили принципиальную возможность исследовать динамику звездных корон красных карликов, а также их циклы активности, которые во многом похожи на 11-летний цикл Солнца. Наконец, стало возможным получать изображения короны других звезд…

Этот пример показывает, как много интересного мы можем узнать о незаметной звезде, аккуратно и терпеливо исследуя ее при помощи современных методов.

Вольф 359 в цифрах

Ниже светимость, масса и радиус звезды выражены в солнечных.


Созвездие: Лев
Видимая звездная величина: 13,54
Параллакс (угл. сек.): 0,41910±0,00210
Расстояние: 2,39 пк
Собственное движение α: -3,842″/год
Собственное движение δ: -2,725″/год
Лучевая скорость: +19,1 км/с
Возраст: >100 миллионов лет
Эффективная температура: 2870 К
Светимость: 0,00002
Полная (болометрическая) светимость: 0,001
Масса: 0,09
Радиус: 0,13