Звезда Алиот

Большая Медведица, пожалуй, главное созвездие на нашем небе. Это звание, конечно, неформальное, но и его нужно заслужить! Созвездие должно быть узнаваемым, достаточно ярким и помогать, если можно так выразиться, в народном хозяйстве. Всеми этими качествами Большая Медведица, безусловно, обладает. Ее главный рисунок — знакомый всем Большой Ковш, не заходящее за горизонт семизвездие. Самая яркая звезда в ковше одновременно является ярчайшей звездой созвездия. Где она находится? Это первая звезда в ручке! Знакомьтесь: Алиот или эпсилон (ε) Большой Медведицы.

Звезда Алиот: краткая характеристика

Вначале приведем немного фактов и сухой статистики.

Блеск Алиота

Алиот — ярчайшая звезда Большой Медведицы и 31 по яркости звезда ночного неба. Его блеск равен 1,76^m, Алиот на 0,2 звездных величины ярче Дубхе, второго по яркости светила в созвездии. Примерно такие же по яркости звезды Альнитак и Альнилам из Пояса Ориона. Формально Алиот относят к звездам 2 величины, так как его блеск меньше 1,5^m. Тем не менее, он достаточно ярок, чтобы быть хорошо заметным на городском небе.

Большой Ковш. Из этого семизвездия выделяется Дубхе (справа вверху) благодаря оранжевому цвету. Остальные светила гораздо горячее и имеют голубовато-белый цвет. В том числе и ярчайшая звезда ковша Алиот (ε Большой Медведицы), который выделен кружком. Фото: Johannes Wittek

Температура и спектральный класс

Алиот имеет спектральный класс A1III-IVp kB9. Вы можете спросить: что значит эта абракадабра? Давайте здесь разберемся с первой частью спектра, A1III-IV, а остальные «иероглифы» разберем позже.

Буква А означает, что это горячая звезда белого цвета, вроде Веги или Сириуса. Действительно, Алиот — белая звезда, а температура его поверхности равна 9200 К, что на 3400 градусов выше температуры поверхности Солнца.

Дальше, что означают римские цифры III и IV? Они показывают, что спектр звезды является промежуточным между спектрами звезд субгигантов (IV) и гигантов (III).

Субгигант — это звезда, которая только сошла с Главной последовательности. Водород в ядре такой звезды превратился в гелий, и ядерные реакции остановились. (Они еще продолжаются в тонком слое, окружающем ядро.) Поэтому ядро субгиганта сжимается и разогревается, а внешние слои наоборот — расширяются и увеличиваются в размерах.

Гигант — это звезда, ядро которой сжалось и разогрелось достаточно для того, чтобы в нем запустились реакции горения гелия. Звезды-гиганты больше и ярче как звезд Главной последовательности, так и звезд субгигантов с аналогичной температурой. Все звезды, кроме маломассивных красных карликов, проходят стадию гиганта (некоторые и сверхгиганта) в конце своей эволюции. Такая же судьба ждет и Солнце через несколько миллиардов лет.

Итак, Алиот находится где-то в переходной стадии между субгигантом и гигантом. Очевидно одно: в отличие от нашего Солнца звезда уже сошла с Главной последовательности. Это значит, что в течение следующих десятков миллионов лет ее ждут драматические изменения в размерах, температуре и светимости.

Размеры, масса и светимость Алиота

А какие размеры, масса и светимость у звезды сейчас? Как у типичной звезды-гиганта! Алиот светит в 102 раза ярче Солнца, а его радиус в 4,14 раза больше радиуса нашей родной звезды. Эти параметры измерены точно: светимость найдена по блеску звезды и известному расстоянию до нее (80 световых лет), а радиус по интерферометрическим измерениям.

С массой сложнее, ведь у Алиота нет звезды-спутника или планеты, чтобы измерить его массу напрямую. Поэтому звезда была «взвешена» по косвенным данным, но с хорошей точностью — 2,91 массы Солнца. То есть получается, что ε Большой Медведицы массивнее, горячее, больше чем наша звезда, да еще и светит в 100 раз мощнее! Солнце и Алиот явно находятся в разных весовых категориях!

Алиот и движущаяся группа Большой Медведицы

Когда мы смотрим на Большой Ковш, то почти все звезды кажутся нам более или менее одинакового блеска. (Исключение составляет дельта Большой Медведицы, лежащая в основании ручки.) В прошлом, когда астрономы еще не умели определять расстояния до звезд, для некоторых оценок принималась такая точка зрения: пусть все звезды на небе светят одинаково, например, с такой же мощностью, что и Солнце. Ясно, что в таком случае яркие звезды находятся ближе к Земле, чем тусклые. (Этот метод, кстати, помог весьма реалистично оценивать расстояние до ближайших звезд Ньютону, Ламберту и Гершелю задолго до измерения первых параллаксов.)

Исходя из такой логики, можно было бы считать звезды Большого ковша находящимися примерно на одинаковом расстоянии от Земли. (Они ведь почти одинаковой яркости!) Каково же было удивление астрономов, когда они измерили параллаксы этих звезд. Оказалось, что 5 из 7 звезд Большого ковша действительно располагаются на одном и том же расстоянии — около 80 световых лет от нас! Вот названия этих звезд: Мерак, Фекда, Мегрец, Алиот и Мицар. Дубхе и Бенетнаш, крайние звезды в ковше, расположены гораздо дальше.

Ядро движущейся группы Большой Медведицы: ярчайшие звезды

Могло ли это быть простым совпадением? Взяли соседние яркие звезды на небе, измерили до них расстояние, и оно оказалось практически одинаковым. Вероятность такого события мала, но все-таки не равна нулю. Но еще до точных измерений параллаксов астрономы установили скорости и направления, с которыми звезды Ковша летят в пространстве. И снова те же самые 5 звезд ковша показали сходство в движении. То есть здесь уже нельзя говорить о случайности. Эти звезды действительно связаны между собой. Если не гравитационно (расстояния между ними слишком велики), то уж во всяком случае исторически!

Первый среди равных

Довольно скоро выяснилось, что вместе с пятеркой звезд Большого ковша в том же направлении летят еще несколько десятков звезд, разбросанных по разным областям неба. Алиот, Мерак, Фекда, Мицар и Мегрец являются лишь ядром этой группы. В состав ядра также входит Алькор (спутник Мицара), звезды 78 и 37 Большой Медведицы и несколько телескопических звезд в Большой Медведице и соседних созвездиях. Астрономы выделили эти звезды в Движущуюся группу звезд Большой Медведицы. У нее есть также обозначение Collinder 285 (№ 285 по каталогу скоплений Коллиндера).

Ядро движущейся группы звезд Большой Медведицы составляют звезды Большого Ковша. На рисунке также отмечены кружками менее яркие звезды ядра, которые находятся от нас на том же расстоянии и летят в том же направлении, что и Алиот. Рисунок: Stellarium/Skygazer.ru

Сегодня можно с уверенностью сказать, что Движущаяся группа звезд Большой Медведицы — ближайшее к Земле звездное скопление. И, кстати, оно продолжает приближаться к нам со скоростью 10 км/с!

В последние десятилетия было обнаружено несколько десятков звезд, разбросанных по всему небу, которые, вероятно, также являются членами этого скопления. Самые яркие из них — Менкалинан или бета Возничего (1,90^m) и Гемма, альфа Северной Короны (2,22^m).

Среди всех звезд скопления Алиот — ярчайшее светило на нашем небе. (Мы сейчас не говорим о светимости.) Можно сказать, первый среди похожих по блеску звезд 2 величины, входящих в группу Большой Медведицы.

Алиот — пекулярная звезда

Звезды Большого ковша кажутся самыми обычными светилами. Действительно, ничего экстраординарного в них нет. Но почти у каждой есть какая-то особенность, отличительная черта, делающая ее интересной.

Как мы видели выше, Алиот имеет необычный спектр: A1III-IVp kB9. С первой частью мы разобрались — A1III-IV означает, что это горячая звезда гигант/субгигант. Суффикс «kB9» в спектральном классе звезды указывает на присутствие линии кальция K, которая характерна для специфических звезд класса B9. Но главная буква в спектре — латинская p. Она означает слово peculiar или «пекулярный». Это можно перевести как своеобразный, специфический, особенный… То есть спектр у Алиота необычный, редкий.

Необычность состоит прежде всего в химическом составе. В отличие от Солнца и других звезд, Алиот демонстрирует в своем спектре сильные линии кремния, хрома и стронция. Прямо скажем, это не самые распространенные элементы во Вселенной!

Возникает вопрос, а откуда они вообще взялись на эпсилон Большой Медведице в таком количестве, что порождают четкие линии? Может быть, Алиот уже родился таким? То есть само облако межзвездного газа было насыщено этими химическими элементами? Но тогда и другие звезды группы Большой Медведицы демонстрировали бы пекулярные спектры, ведь все они родились, по сути, из одной гигантской туманности! Но этого, разумеется, нет.

Еще одна загадка заключалась в переменности спектра: линии редких металлов то усиливались, то ослабевали. Алиот оказался спектрально-переменной звездой.

Магнитные звезды

Копнув глубже, астрономы выяснили, что спектр Алиота очень похож на спектр альфы Гончих Псов. А эта звезда уже была хорошо изучена. У альфы Гончих Псов очень мощное магнитное поле (раз в 100 более мощное, чем у Солнца). Из-за этого на поверхности звезды возникают пятна. Эти пятна очень похожи на солнечные пятна, только во много раз больше и живут дольше. В результате получается следующая картина. Вещество на поверхности звезды «кипит» и постоянно перемешивается — остывшая плазма опускается вглубь, а ей на смену поднимается горячая. Физик сказал бы, что идет процесс конвекции. А вот в пятнах ситуация иная. Поведение плазмы в них управляется магнитным полем, которое не дает веществу так легко перемешиваться. Поэтому тяжелые элементы, такие как упомянутый выше стронций, не могут опуститься на глубину под действием силы тяжести и накапливаются на поверхности.

Алиот — магнитная звезда

Оказалось, что схема с мощным магнитным полем очень даже применима и к Алиоту. Правда, стоит заметить, что у эпсилон Большой Медведицы оно оказалось примерно в 15 раз слабее, чем у альфы Гончих Псов. Это необычно слабое поле для магнитной звезды. Тем не менее оно раз в 100 мощнее магнитного поля Земли!

На этом рисунке изображены силовые линии магнитного поля Алиота. Разумеется, в реальности они не видны. Проследить за ними можно только в том случае, если вдоль них будет течь раскаленная плазма. На изображении важно вот что: полюса вращения звезды находятся вверху и внизу, а магнитные полюса — по бокам. Источник: Pablo Carlos Budassi

И по-видимому, его силы достаточно, чтобы разделять различные элементы в общем объеме светила подобно сепаратору. Кроме того выяснилось, что магнитная ось расположена под большим углом к оси вращения звезды. Поэтому химические элементы накапливаются в определенных областях на поверхности звезды — там, где образуются пятна. Звезда, между тем, вращается, пятно уходит от нас, и спектр звезды резко меняется!

Кстати, период вращения Алиота вокруг своей оси составляет 5 суток. (Для сравнения: Солнце вращается с периодом в 1 месяц.) Проследив за звездой на протяжении полного оборота, астрономы смогли построить карты распределения некоторых химических элементов. Вот одна из них:

Распределение хрома и железа на поверхности Алиота. Видно, что они концентрируются в огромных пятнах в северном и южном полушарии звезды. В нижнем ряду изображено магнитное поле. Видно, что его ось сильно наклонена к экватору звезды. Также видно, что металлы концентрируются там, где на поверхность выходят силовые линии поля. Источник: Oleg Kochukhov et al.

Таким образом, повешенное содержание редких элементов в Алиоте мнимое. Просто эти элементы в звезде плохо перемешаны. Кстати, это касается и кислорода: его содержание примерно в 100 000 раз больше вокруг магнитного экватора, чем вблизи магнитных полюсов.

Откуда взялось магнитное поле Алиота?

Главный вопрос, откуда у звезд вроде Алиота берется такое мощное магнитное поле? Это действительно серьезный вопрос, на который пока нет однозначного ответа. Одна из гипотез предполагает усиление поля за счет эффекта динамо в недрах звезды. Но на сегодняшний день наиболее правдоподобной является гипотеза его ископаемой природы. То есть магнитное поле Алиота — это реликт, оставшийся по каким-то причинам со стадии формирования звезды. Для интересующихся есть интересная статья, вышедшая в 2004 году в журнале Nature и посвященная этому вопросу.

Звезда Алиот. Краткая информация

Созвездие: Большая Медведица
Обозначение: эпсилон Большой Медведицы, ε Ursae majoris (UMa), 77 Ursae Majoris, HD 112185, HIP 62956, HR 4905
Блеск: 1,77^mvar
Расстояние пк: 25,3 пк
Расстояние св. г.: 82,6 ± 0,4
Спектральный класс: A1III-IVp kB9
Светимость (в светимостях Солнца): 102
Цвет: белый
Температура: 9200 K
Диаметр (в диаметрах Солнца): 4,14
Масса (в массах Солнца): 2,91
Возраст (млн. лет): 300
Абсолютная звездная величина Mv: -0,2^m
Период вращения вокруг своей оси (сут.): 5,089

Экваториальные координаты Алиота:

Прямое восхождение (2000 г.): 12ч 54мин 02с
Склонение (2000 г.): +55° 57′ 35″