Звёзды бывают разные. И некоторые из них обладают удивительными характеристиками, которые сильно отличают их от других. К таким звёздам можно отнести цефеиды. О них мы сегодня и поговорим. В 1874 году английский астроном-любитель Джон Гудрайк с удивлением обнаружил, что звезда Дельта Цефея пульсирует. Её яркость нарастала и убывала с довольно точным периодом – около 5,4 суток. В те времена ответить на вопрос о природе этого явления была невозможно. Потому что астрофизика тех дней находилась в зачаточном состоянии. Учёные фактически даже не знали по какой причине звёзды вообще светят. А уж почему пульсируют – и подавно. Однако это не помешало им впоследствии обнаружить и другие подобные объекты. Которые так же пульсировали, как и Дельта Цефея. И поэтому эти звёзды назвали цефеидами...


Удивительные цефеиды

Теперь мы, конечно, знаем, почему эти звёзды так странно себя ведут. И сегодня, друзья мои, я постараюсь простыми словами объяснить вам суть этого процесса.

Итак, поехали...

Цефеиды – это не слишком молодые звезды. И в их недрах уже имеется значительное количество гелия. Этот гелий, как и все газы, имеет одно интересное свойство: чем более он ионизирован, тем более непрозрачен. Дело в том, что когда газ ионизирован, то есть ядра и электроны разделены, «суп» из свободно перемещающихся электронов очень эффективно поглощает свет. В то время как электроны, связанные с атомами, в этом отношении менее эффективны.

Так вот. В цефеидах происходит следующее: гелий во внешних слоях звезды в определённый момент полностью ионизируется. И становится не совсем прозрачным. При этом он очень хорошо поглощает испускаемое звездой излучение. И её яркость ослабевает. Отчего мы и видим падение её светимости. Далее происходит следующее: ионизированный гелий, поглощая излучение звезды, нагревается. И расширяется.

Когда он расширяется, он естественным образом охлаждается. И это заставляет электроны возвращаться в атомы и связываться с ними, деионизируя гелиевую плазму.


Теряя свободные электроны, плазма становится опять прозрачной. И звезда снова становится ярче!

В начале 20-го века астрономы открыли тысячи цефеид. Некоторые из них были ярче остальных, другие имели более длительные периоды уменьшения яркости, среди них были красные, белые и так далее…

Но в 1908 году, анализируя тысячи цефеид, находящихся в Большом Магеллановом Облаке, американский астроном Генриетта Суон Ливитт обнаружила, что существует связь между яркостью таких звёзд и их периодом.


Древние маяки Вселенной

Учёные не поняли этого раньше по той причине, что изучали они, в основном, цефеиды, принадлежащие Млечному Пути. И расстояние до нас не сильно влияло на их на яркость. Но поскольку Магеллановы Облака находятся от нас на гигантском расстоянии (хотя в то время астрономы ещё не знали, насколько далёком), все звезды в них находятся примерно на одинаковом расстоянии от Солнца, поэтому их относительная яркость зависела исключительно от их истинной светимости.

Ливитт определила, что период пульсации цефеид предсказуемо увеличивается с увеличением их абсолютной яркости. То есть независимо от расстояния.

Публикация об этом открытии стала настоящей революцией в астрономии. Получалось, что если мы видим цефеиду на гигантском удалении, то для определения расстояния до неё достаточно измерить период её пульсации. Зная этот период, можно определить истинную яркость цефеиды. Для этого нужно взять за эталон цефеиду с таким же периодом, находящуюся в Млечном Пути. А дальше дело техники. Сравнивая видимую яркость звезды с истинной, можно по этой разнице очень точно оценить разделяющее нас расстояние.

Как только это свойство цефеид было обнаружено, измерить расстояние до любой туманности стало очень просто. Достаточно было найти в ней цефеиду, измерить её период, воспользоваться кривыми светимость-период и, зная разницу, произвести расчёт для установления расстояния между кажущейся и абсолютной яркостью. Красота, да и только.

Другие галактики

В 1923 году ещё очень молодой Эдвин Хаббл смотрел в телескоп Хукера обсерватории Маунт-Вилсон, расположенной недалеко от Лос-Анджелеса. И смотрел он на туманность Андромеды. В те времена инструмент, который использовал Хаббл, был самым мощным телескопом на планете. И он оставался таковым до 1949 года.

Хаббл обнаружил две потрясающие вещи. Во-первых, ему удалось наблюдать в галактике Андромеды отдельные звезды. Что позволяло сделать вывод, что это никакое не облако, как считалось раньше, а совокупность огромного количества очень далёких звёзд. Во-вторых, что было гораздо интереснее, Хаббл сумел измерил видимую яркость и период пульсации, находящихся в Андромеде… цефеид!

Это наблюдение в сочетании с использованием графиков соотношения пульсаций и светимости Ливитт позволило Хабблу довольно точно оценить расстояние до туманности Андромеды. Результат оказался просто ошеломляющим: около 900 000 световых лет! Это гигантское расстояние. После определения которого стало очевидно, что Андромеда не могла быть ни частью нашей Галактики, ни маленьким ближайшим спутником.

Сегодня у нас есть гораздо более точные измерения этого расстояния, чем у Хаббла. Которые оказалось даже больше, чем его оценка. Галактика Андромеды на самом деле находится в двух с половиной миллионах световых лет от нас. Глядя на неё, мы видим свет, который исходил от её звёзд задолго до того, как первые люди появились на этой планете.


Песчинка в бесконечности

Итак, в 1923 году наше представление о Вселенной опять сильно изменилось. В прошлом мы уже отказались от геоцентрической модели и расширили размеры Вселенной, включив в неё Солнечную систему, а затем и Галактику. Какое-то время мы придерживались гелиоцентрической концепции. Как будто не могли смириться с тем, что не являемся какими-то особенными. Но в конце концов, мы вынуждены были смиренно признать, что наша исключительность является иллюзией.

Оказалось, что Млечный Путь – это такая же галактика, как и многие другие. И единственное, что делает её особенной – это то, что мы находимся внутри неё. Выяснилось, что туманности, которые тускло светились в ночном небе, представляют собой гигантские скопления звёзд, удалённых от нас на колоссальные расстояния. И что Вселенная на много-много порядков больше, чем мы могли себе представить.

С неизмеримо глубоким удивлением мы вдруг узнали, что наш мир – пылинка в глазах Вселенной...Источник: "Живой космос"