Jak wykazał międzynarodowy zespół naukowców, pociemnienie Betelgezy zaobserwowane pod koniec ubiegłego roku i trwające do kwietnia tego roku, nie było spowodowane pyłem przesłaniającym blask gwiazdy, ani zbliżającą się supernową. Według nich, za dziwne zachowanie czerwonego nadolbrzyma odpowiadają gigantyczne plamy, podobne do plam słonecznych, które pokryły od 50 do 70 proc. powierzchni gwiazdy.
Pod koniec ubiegłego roku astronomowie obserwujący Betelgezę zauważyli znaczny spadek jasności czerwonego nadolbrzyma. Naukowcy próbując wyjaśnić nagłe pociemnienie gwiazdy rozważali szereg scenariuszy. Zespół kierowany przez Thavishę Dharmawardenę z Max Planck Institute for Astronomy wykazał, że przyczyną spadku jasności były najprawdopodobniej niezwykle duże plamy na powierzchni Betelgezy, podobne do plam słonecznych.
Betelgeza, tak jak inne czerwone nadolbrzymy, podlega częstym zmianom jasności. Jednak nagłe pociemnienie gwiazdy między październikiem 2019 r. a kwietniem 2020 r., do około 40 proc. swojej normalnej jasności, zaskoczyło astronomów. Naukowcy badali różne scenariusze wyjaśniające zmianę jasności gwiazdy, która była widoczna gołym okiem. Niektórzy z nich spekulowali, że to pył przesłonił blask gwiazdy. Inni, mówili o zbliżającej się supernowej. Jednak międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Dharmawardenę znalazł inne, mniej spektakularne wyjaśnienie.
W nowych badaniach, które ukazały się na łamach pisma „The Astrophysical Journal”, uczeni wykazali, że to zmiany temperatury w fotosferze, czyli na widzialnej, powierzchniowej warstwie gwiazdy, spowodowały spadek jasności. Najbardziej prawdopodobnym źródłem takich zmian temperatury są gigantyczne, chłodniejsze od reszty powierzchni gwiazdy plamy, podobne do plam słonecznych, które pokryły od 50 do 70 proc. powierzchni gwiazdy.
- Pod koniec życia gwiazdy stają się czerwonymi nadolbrzymami. W miarę wyczerpywania się zapasów paliwa, zmieniają się procesy, w wyniku których gwiazdy uwalniają energię - wyjaśniła Dharmawardena. W rezultacie puchnął, stają się niestabilne i pulsują, co postrzegamy jako fluktuację jasności.
Betelgeza znajduje się około 640 lat świetlnych od nas. Jest około 20 razy masywniejsza i około 1000 razy większa od naszego Słońca. Umieszczona w centrum Układu Słonecznego byłaby blisko osiągnięcia orbity Jowisza. Ze względu na swój rozmiar przyciąganie grawitacyjne na powierzchni gwiazdy jest mniejsze w porównaniu do gwiazdy o tej samej masie, ale o mniejszym promieniu. Dlatego pulsacje mogą stosunkowo łatwo wyrzucić zewnętrzne warstwy takiej gwiazdy. Uwolniona materia ochładza się i przekształca w związki, które astronomowie nazywają pyłem. Właśnie dlatego czerwone nadolbrzymy są ważnym źródłem ciężkich pierwiastków we Wszechświecie. Z emisji pochodzących m.in. z nadolbrzymów ostatecznie ewoluują planety i żywe organizmy. Astronomowie wcześniej uważali emisje pyłu pochłaniającego światło za najbardziej prawdopodobną przyczynę gwałtownego spadku jasności gwiazdy.
Aby przetestować tę hipotezę, Dharmawardena i jej współpracownicy przeanalizowali nowe i archiwalne dane z radioteleskopów Atacama Pathfinder Experiment (APEX) i Teleskopu Jamesa Clerka Maxwella. Teleskopy te działają na falach milimetrowych i submilimetrowych. To tzw. promieniowanie terahercowe. Astronomowie używają tych fal do badania pyłu międzygwiezdnego. Zimny pył jest dobrze widoczny przy tych długościach fal.
Spadek jasności Betelgezy na zdjęciach z ubiegłego roku, fot. ESO/M. Montargès et al
- Zaskoczyło nas to, że Betelgeza zrobiła się o 20 proc. ciemniejsza nawet w zakresie fal submilimetrowych - przyznał Steve Mairs z East Asian Observatory, które brało udział w badaniu. Naukowcy badający pył międzygwiezdny wskazali, że takie zachowanie nie jest zgodne z obecnością pyłu. W celu dokładniejszej oceny obliczyli, jaki wpływ miałby pył na pomiary w tym zakresie widmowym. Okazało się, że rzeczywiście obserwowanego zmniejszenia jasności nie można przypisać chmurze pyłu.
Jasność gwiazdy zależy od jej średnicy, a zwłaszcza od temperatury jej powierzchni. Jeśli rozmiar gwiazdy maleje, jasność zmniejsza się jednakowo we wszystkich długościach fal. Zmiany temperatury wpływają jednak w różny sposób na emitowane promieniowanie. Zdaniem naukowców zmierzone pociemnienie w świetle widzialnym i na falach submilimetrowych jest dowodem obniżenia średniej temperatury powierzchni Betelgezy.
- Odpowiednie zdjęcia Betelgeuse w wysokiej rozdzielczości z grudnia 2019 r. pokazują obszary o różnej jasności. To wyraźny znak, że ogromne plamy pokryły od 50 do 70 proc. widocznej powierzchni gwiazdy i miały niższą temperaturę niż jaśniejsza fotosfera – powiedział Peter Scicluna z European Southern Observatory (ESA), współautor badań.
Plamy na Słońcu pojawiają się i znikają regularnie, nasilając się podczas maksimum słonecznego, fazy intensywnej aktywności, która ma miejsce co 11 lat. Plamy na innych gwiazdach są również powszechne, także na czerwonych nadolbrzymach, ale nie w zaobserwowanej skali. Niewiele wiadomo o ich okresach występowania, choć teoretyczne modele wydają się być zgodne z czasem trwania spadku jasności Betelgezy. Niewiele wiadomo też, w jaki sposób plamy wpływają na inne gwiazdy, szczególnie na gwiazdy ewoluujące, takie jak Betelgeza.
- Obserwacje w nadchodzących latach pokażą nam, czy gwałtowny spadek jasności Betelgezy jest związany z cyklem plam. W każdym razie Betelgeza pozostanie ekscytującym przedmiotem dla przyszłych badań – podsumowała Dharmawardena.
Źródło: Max Planck Society, fot. MPIA graphics department
