В.Г.Сурдин, кандидат физико-математических наук, Москва
Опубликовано в журнале "Природа", N 6, 1999 г.

Астрономы Европейской южной обсерватории, расположенной в Чили, обнаружили звезду, в атмосфере которой содержится относительно много атомов лития¹. Звезды, содержащие Li, встречаются редко, и все они принадлежат к строго определенным типам. Связано это с тем, что Li легко подвержен ядерным превращениям, которые происходят с ним при температуре выше 2.4*10⁶K. В недрах даже самых холодных звезд Li быстро сгорает в термоядерных реакциях: конвективное перемешивание вещества между ядром и внешними слоями приводит к тому, что за время, обычно не превышающее 100 млн лет, Li почти полностью выгорает во всем объеме звезды. В атмосфере Солнца, например, лития в 100 раз меньше, чем в окружающем межзвездном веществе, из которого Солнце когда-то родилось. Поэтому исходный литий обнаруживается только в атмосферах очень молодых звезд.

Но иногда Li появляется в атмосфере предельно старых звезд, населяющих асимптотическую ветвь гигантов на диаграмме ГерцшпрунгаРессела. Его происхождение объясняют ядерной вспышкой легкого изотопа гелия ³He в глубине звезды и выносом образовавшегося Li в верхние слои атмосферы. Поскольку такие звезды активно теряют вещество из оболочки, вместе с ним и Li попадает в межзвездную среду и входит затем в состав новорожденных звезд. Современное содержание Li в межзвездном газе раз в 10 выше, чем было в период формирования Галактики, когда химический состав среды отражал результат космического нуклеосинтеза.

Рис. 1 Часть спектра звезды-гиганта S50 с линией Li (для получения спектра этого объекта 15.6 звездной величины понадобилась экспозиция в 1.5 ч). Для сравнения наверху представлен спектр подобной звезды S156, не содержащей лития.

Итак, у молодых звезд Li еще не сгорел, а у старых уже вновь образовался. Но звезда, которую обнаружили астрономы ЕЮО, имеет средний возраст и поэтому не должна содержать Li. Однако линии в спектре подтверждают его наличие и ставят астрономов в тупик.

Заметим, что в наблюдательной астрономии существует несколько способов делать открытия. Один из них построить уникальный прибор, не имевший аналогов в мире, и с его помощью попытаться обнаружить новые объекты (например, сверхслабые звезды, сверхдалекие галактики) или увидеть известные объекты в новом диапазоне излучения. Подобный подход гарантирует открытия, но, как правило, требует больших финансовых вложений. Однако существует менее дорогостоящий способ: традиционными методами усидчиво изучать известные объекты в надежде, что рано или поздно некоторые из них продемонстрируют неожиданные свойства. Этот способ довольно часто дает результаты, но и он требует не только кропотливого труда, но и немалой изобретательности.

Последнее замечание в полной мере относится к авторам открытия литиевой звезды. Работая в организации, создающей систему VLT (Очень большой телескоп²), астрономы не гнушаются модернизаций весьма старых инструментов, построенных десятки лет назад. Так, для телескопа обсерватории Ла-Силья (диаметр зеркала 1.52 м) силами сотрудников ЕЮО, Государственной обсерватории Хайдельберга и Астрономической обсерватории Копенгагенского университета недавно построен новый широкодиапазонный оптический спектрограф с оптоволоконной связью (Fibre-feed Extended Range Optical Spectrograph FEROS), заменивший классический кудэ-спектрограф этого телескопа, благодаря чему эффективность его работы возросла во много раз.

Дело в том, что спектрографы высокого разрешения весьма массивны и при этом очень чувствительны; они могут работать лишь в условиях постоянной температуры и влажности. Такой громоздкий прибор, да еще с системой кондиционирования невозможно подвесить к вращающемуся телескопу скромного размера. Поэтому спектрограф устанавливают в отдельном термостатированном помещении рядом с телескопом, а свет звезды посылают в него с помощью сложной системы зеркал, которая согласует движущийся за звездой телескоп с неподвижным спектрографом (это и есть система кудэ, от французского coude изгиб, поворот). Отражение от многочисленных зеркал заметно ослабляет и без того слабый свет звезды. Поэтому детальные спектры до сих пор удавалось получать лишь для самых ярких звезд. Новый спектрограф FEROS связан с телескопом 14-метровой оптоволоконной линией, которая передает свет практически без ослабления. Да и сам FEROS обладает прекрасными характеристиками: несмотря на сложность высокодисперсионного спектрографа, в нем регистрируется 46% входящего света. Изображение спектра получает ПЗС-камера, которая на 100 тыс. отдельных пикселей за одну экспозицию регистрирует спектр в диапазоне 360920 нм с точностью по лучевой скорости около 3 км/с. Разумеется, данные моментально обрабатываются и выдаются астроному в виде спектров, пригодных для изучения и публикации. Теперь на этом скромном телескопе с полутораметровым зеркалом можно детально изучать химический состав звезд типа Солнца на расстоянии в 2500 световых лет или исследовать движение газа в атмосферах звезд-гигантов в соседних галактиках Магеллановы Облака, удаленных на 150 тысяч световых лет. Новый спектрограф оказался настолько эффективным, что уже в ходе его испытаний были получены отличные спектры многочисленных слабых звезд. Одной из них и оказалась литиевая звезда. Это гигант S50 из звездного скопления Беркли 21 (Be 21), удаленного от нас на 16 тысяч световых лет в направлении, противоположном центру Галактики. Все звезды в этом скоплении родились одновременно около 2500 млн лет назад. Хотя Li давно должен был сгореть в столь старых звездах, его содержание в атмосфере S50 оказалось таким же, как в межзвездной среде. По своей температуре и светимости S50 не может быть отнесена к звездам асимптотической ветви гигантов, а значит, согласно современной теории эволюции звезд, Li не мог образоваться в этой еще не достаточно старой звезде.

Для объяснения феномена S50 астрономы видят пока лишь две возможности: Li мог попасть в атмосферу звезды-гиганта недавно вместе с упавшей туда планетой или с коричневым карликом³ (каннибализм среди звезд иногда случается); не исключено, что мы наблюдаем очень редкий момент в эволюции звезды-гиганта, когда Li образуется в ее недрах и выносится в атмосферу. Обе возможности весьма интересны: либо мы присутствуем при редком событии в жизни звездного коллектива поедании гигантом карлика, либо нащупали брешь в теории звездной эволюции.

¹ ESO Press Release 03/99. 2 February 1999.
² Очень большой телескоп начал смотреть // Природа. 1998. 12. С.5859; Сурдин В.Г. Первые спектры, полученные Очень большим телескопом // Природа. 1999. 2. С.7071.
³ Коричневый карлик с наименьшей светимостью // Природа. 1998. 4. С.107108.