Представляет интерес также изменение профилей эмиссионных линий в спектре Новой Геркулеса после апрельского минимума блеска. Как уже говорилось, эмиссионные линии в спектре этой новой были раздвоёнными, что вызвано наличием в оболочке двух сгустков материи, обладавших разными лучевыми скоростями. Наблюдения показали, что во время появления эмиссионных линий их красные компоненты были гораздо слабее фиолетовых компонент и обе компоненты сравнялись по интенсивности лишь во время вторичного максимума блеска. Такое поведение эмиссионных линий сначала казалось загадочным и для его объяснения было высказано несколько гипотез. Однако оно может быть легко объяснено на основе изложенного представления о свечении оболочки при отсутствии лучистого равновесия (точнее говоря, при помощи формулы (29.23)). Из наблюдений следует, что интенсивность фиолетовой компоненты росла быстрее интенсивности красной компоненты. Это значит, что лучистое равновесие в сгустке материи, приближавшемся к нам, устанавливалось быстрее, чем в удалявшемся от нас. Как мы уже выяснили, так обстоит дело тогда, когда плотность материи в сгустках различна (больше — в приближавшемся к нам и меньше — в удалявшемся от нас). Приведённое выше значение концентрации атомов в оболочке является некоторым средним значением для двух сгустков.
Знание концентрации атомов 𝑛 и объёма оболочки 𝑉 даёт возможность определить массу оболочки по формуле (29.13). Однако такой способ определения массы связан с некоторой неуверенностью вследствие возможных ошибок при оценке объёма оболочки. Чтобы избежать оценки объёма, можно поступить следующим образом. Умножим обе части соотношения (29.22) на 𝑛⁺ и проинтегрируем по всему объёму оболочки. В результате находим
𝑡
∗
∫
𝑛
𝑒
𝑛⁺
∞
∑
2
𝐶
𝑖
𝑑𝑉
=
∫
𝑛⁺
𝑑𝑉
,
(29.24)
где мы заменили 𝑛 на 𝑛𝑒 так как интегрирование, по существу, распространяется только на ионизованную область, а в ней 𝑛𝑒≈𝑛⁺≈𝑛. Но интеграл в правой части этого соотношения есть полное число ионов водорода в оболочке, а интеграл в левой части — полное число рекомбинаций на все уровни, начиная со второго. Последнее же число равно числу бальмеровских квантов, излучаемых оболочкой за 1 с. Следовательно, мы имеем
𝑡
∗
𝑁
Ba
=
𝑁⁺
.
(29.25)
Формула (29.25) по наблюдённым значениям величин 𝑡∗ и 𝑁Ba позволяет определить величину 𝑁⁺ для любого момента времени 𝑡. Применяя эту формулу к моменту вторичного максимума блеска, мы получаем полное число атомов водорода в оболочке (если считать, что к этому моменту во всей оболочке 𝑛⁺≫𝑛₁). При помощи формулы (29.25) было найдено, что в оболочке Новой Геркулеса полное число атомов водорода равно 1,4⋅10⁵², а значит, её масса равна 2,3⋅10²⁸ г.
Формула (29.23) определяет изменение с течением времени не только интенсивностей линий водорода, но и интенсивностей линий других атомов, возникающих в результате фотоионизаций и рекомбинаций. Иначе ведут себя запрещённые линии, свечение в которых возбуждается электронным ударом, так как интенсивности этих линий существенно зависят от электронной температуры оболочки.
Как мы видели в § 23, уровень электронной температуры определяется в основном энергией, получаемой свободными электронами при фотоионизациях, и энергией, теряемой ими при столкновениях. Так как при малой плотности вещества в оболочке столкновения происходят редко, то установление равновесной температуры может затянуться на длительное время. Решение задачи об изменении электронной температуры оболочки с течением времени позволило интерпретировать поведение запрещённых линий в спектре Новой Геркулеса в тот период, когда в оболочке отсутствовало лучистое равновесие (см. [2]).
6. Новые звёзды через много лет после вспышки.
Через несколько десятков лет после вспышки оболочка новой в значительной мере рассеивается и блеск звезды становится близким к тому, какой она имела до вспышки. Изучение звезды в этот период (возможное только с помощью самых крупных телескопов) привело к очень интересным результатам. Особенно большое значение имеет открытие двойственности некоторых новых, что даёт возможность определить их массы.
Впервые двойственность была обнаружена у Новой Геркулеса 1934 г. (Уокером в 1954 г.). Наблюдения показали, что звезда является затменной переменной с периодом 4 часа 39 минут. В главном минимуме блеска холодная звезда закрывает горячую звезду (которая, по-видимому, и вспыхивает в виде новой). Отсутствие сведений о холодной звезде не позволяет точно определить массы компонент; по всей вероятности, масса горячей звезды составляет около 0,25 массы Солнца.
В спектре Новой Геркулеса в рассматриваемый период наблюдаются эмиссионные линии, возникающие частично в очень разрежённой оболочке, выброшенной при вспышке 1934 г., и частично в более плотной оболочке, окружающей звезду. Спектр последней оболочки существенно меняется вместе с фазой затмения. Изучение изменений этого спектра показало, что упомянутую оболочку можно представить себе в виде «диска», вращающегося вокруг горячей звезды со скоростью порядка 500 км/с. По-видимому, этот «диск» образуется в результате истечения вещества из холодной звезды. По распределению энергии в непрерывном спектре было найдено, что температура горячей звезды около 80 000 K. Радиус звезды, определённый на основании температуры и светимости, оказывается близким к радиусам белых карликов. Удивительной особенностью горячей звезды является тот факт, что она испытывает небольшие колебания блеска с очень строгим периодом, равным приблизительно 71 секунде.
После обнаружения двойственности Новой Геркулеса 1934 г. были подробно исследованы и некоторые другие звёзды, вспыхивавшие в виде новых, и все они оказались входящими в двойные системы. На этом основании было высказано предположение, что двойственность звезды — необходимое условие вспышки (см. [10]).
В качестве конкретного механизма вспышки принимается аккреция вещества на белый карлик от холодной звезды. Так как в белых карликах содержится очень мало водорода, то в них почти не происходят ядерные реакции. Когда же на белый карлик падает вещество от холодной звезды, то у него образуется оболочка, богатая водородом. Постепенно масса оболочки возрастает, а с ней растёт и температура её глубоких слоёв. По достижении массой критического значения (порядка 10²⁹ г) в этих слоях начинаются ядерные реакции, преобразующие водород в гелий. В результате происходит взрыв, приводящий к отделению оболочки от звезды. После сбрасывания одной оболочки начинается наращивание другой, а затем и она сбрасывается. Так объясняется многократность вспышек звезды в виде новой.
Изложенная точка зрения на причину вспышек подтверждается детальным изучением бывших новых звёзд через много лет после вспышки, т.е. в период между вспышками. Так как некоторые из этих звёзд оказались затменными переменными, то по изменениям их блеска и спектра было сделано заключение о наличии в них газовых потоков. В первом приближении эти потоки имеют форму диска, подобного тому, который впервые был обнаружен в случае Новой Геркулеса 1934 г. По интенсивностям и профилям эмиссионных линий были определены плотности и скорости вещества в газовых потоках. Было также оценено количество вещества, переносимого потоком от холодной звезды к белому карлику за единицу времени. Оно оказалось порядка 10⁻⁸ M☉ в год, т.е. достаточным для образования оболочки критической массы за несколько тысяч лет (подробнее см. [11]).