XZ Андромеды: звезда, которая подмигивает раз в 32 часа

Кажется, что звезда в центре кадра подмигивает наблюдателю. На самом деле подмигивает не одна звезда, а две: они обращаются друг вокруг друга так, что каждые полтора суток одна закрывает другую. Это XZ Андромеды – классическая затменно-двойная звезда, снятая астрофотографом-любителем Ogetay Kayali.

Внизу кадра прямо на глазах вычерчивается график, который астрономы называют кривой блеска.

Что такое затменно-двойная звезда

Две звезды, связанные тяготением, обращаются вокруг общего центра масс. Если плоскость их орбиты развернута к нам ребром, то с Земли мы видим, как компоненты по очереди проходят друг перед другом. В телескоп такая пара выглядит одной точкой – разделить ее не получится ни при каком увеличении. Зато точка периодически тускнеет и снова разгорается: это и есть затмение, только не солнечное, а звездное.

У XZ Андромеды наклон орбиты почти идеален – около 89 градусов, то есть мы смотрим на систему практически точно в плоскости движения. Поэтому затмения глубокие и хорошо заметные. Период обращения – 1,357 суток, чуть больше 32 часов. По данным Общего каталога переменных звезд блеск в максимуме составляет около 9,9 величины, а в главном минимуме падает примерно до 12,5m.

Звезды такого типа называют переменными типа Алголя – по имени самой известной «мигающей» звезды неба, беты Персея в созвездии Персея. Алголь виден невооруженным глазом, XZ Андромеды – только в телескоп.

Кто кого закрывает

Система устроена несимметрично. Главный компонент – горячая белая звезда спектрального класса A с температурой около 9500 К. Второй – заметно более холодный субгигант, примерно 5500 К, желтоватый, как чуть постаревшее Солнце. По размерам они близки: обе звезды примерно вдвое крупнее Солнца.

Глубокий минимум наступает тогда, когда холодная звезда проходит перед горячей и закрывает самый яркий источник света в системе. Через полпериода происходит вторичный минимум: горячая звезда закрывает холодную, и суммарный блеск падает совсем немного. Именно чередование глубокого и мелкого провала выдает на кривой блеска пару с сильно различающимися температурами.

Есть и еще одна деталь. Холодный субгигант раздулся до предела, за которым его внешние слои уже не удерживаются собственным тяготением, и газ тонкой струей перетекает к горячему соседу. Из-за этого перекачивания вещества период системы медленно растет – примерно на несколько десятимиллионных долей суток в год. Величина ничтожная, но за сто лет наблюдений она накапливается и уверенно измеряется.

Как из яркости звезды получается график

Кривая блеска – это график зависимости яркости объекта от времени. Для затменной пары он выглядит как ровная линия с регулярными провалами: провал глубокий, потом мелкий, потом снова глубокий.

Кривую под этим видео построили программой Citizen Astronomy – открытым софтом для дифференциальной фотометрии, который автор снимка написал сам и выложил в свободный доступ. Метод простой по идее и очень надежный на практике: программа сравнивает блеск изучаемой звезды с блеском соседних звезд в том же кадре, заведомо постоянных. Если облачная дымка, дрожание атмосферы или запотевшая оптика ослабили свет, это одинаково коснется всех звезд кадра – и разность их яркостей останется прежней. Все, что меняется только у одной звезды, и есть настоящая переменность.

Этот прием работает далеко за пределами двойных звезд. Ровно так же ловят транзиты экзопланет, вспышки аккрецирующих черных дыр, кривые блеска сверхновых – любые явления, у которых яркость меняется со временем. У NASA есть даже гражданский проект Eclipsing Binary Patrol, в котором добровольцы просеивают данные телескопа TESS: недавно там опубликовали каталог из 10 001 затменной пары.

Возможно, звезд в системе четыре

Астрономы больше ста лет записывают моменты минимумов XZ Андромеды. Переменность звезды нашла Генриетта Ливитт по гарвардским фотопластинкам, результат опубликовали в 1923 году. За это время накопился огромный ряд наблюдений – и он оказался неровным.

Если бы пара была одинока, минимумы наступали бы строго по расписанию, с поправкой на медленный рост периода. Но моменты затмений то опережают расчет, то отстают от него, причем циклически. Самое естественное объяснение – система движется вокруг общего центра масс с невидимыми спутниками, и свету то чуть дольше, то чуть быстрее идти до нас. Анализ 2019 года дал два цикла с периодами около 33 и 100 лет: похоже, вокруг тесной пары обращаются еще две звезды. Правда, авторы сами предупреждают, что такая четверка была бы динамически неустойчивой, так что вопрос пока открыт.

Как повторить это самому

XZ Андромеды – удобная мишень для любителя астрономии. Созвездие Андромеды осенью поднимается высоко, звезда в максимуме доступна небольшому телескопу, а перепад блеска в две с лишним величины заметен даже на грубых снимках. Затмение длится несколько часов, так что за одну ясную ночь реально отснять весь провал целиком.

Нужны только телескоп с камерой, штатная серия кадров и любая программа дифференциальной фотометрии. Дальше вы делаете ровно то же, что профессионалы: измеряете, во сколько наступил минимум, и добавляете свою точку в ряд, который ведут с начала прошлого века.