Plamy na Betelgezie zmyliły naukowców. Myśleli, że gwiazda dogorywa, ale na fajerwerki jeszcze poczekamy
Na przełomie 2019 i 2020 roku Betelgeza stała się prawdziwą królową nocnego nieba. Astronomowie od dawna wiedzieli, że gwiazda zbliża się do końca swojego życia i czekają nas spore fajerwerki. Nic więc zatem dziwnego, że jej nagła utrata jasności zelektryzowała tak zawodowych astronomów jak i miłośników obserwacji nieba.
Astronomowie pracujący pod kierownictwem Thavishy Dharmawardeny z Instytutu Astronomii im. Maxa Placka dowiedli, że za spadek jasności gwiazdy najprawdopodobniej odpowiadały ogromne plamy na powierzchni gwiazdy. Taka teoria przeczy dotychczasowej, mówiącej, że gwiazda wyrzuciła z siebie duże ilości pyłu, który ją na jakiś czas przesłonił.
Betelgeza nagle zaczęła gasnąć
Czerwone olbrzymy, takie jak Betelgeza, często zmieniają swoją jasność. Problem jednak w tym, że między październikiem a kwietniem jasność Betelgezy spadła aż o 40 proc. To ogromny i niespotykany spadek jasności. Sama Betelgeza znajduje się jakieś 500 lat świetlnych od Ziemi, więc jest stosunkowo jasną gwiazdą na niebie, widoczną w górnym ramieniu Gwiazdozbioru Oriona.
Część astronomów zastanawiała się nawet czy nie obserwujemy właśnie ostatnich oddechów gwiazdy przed eksplozją supernowej. Jednak teraz zespół z Heidelbergu dowiódł, że za spadek jasności gwiazdy odpowiadają zmiany temperatury w jej fotosferze. Najbardziej prawdopodobnym źródłem takich zmian temperatury jest obecność gigantycznych plam gwiezdnych, przypominających pod wieloma względami plamy słoneczne, tylko, że pokrywającymi na raz nawet 50 do 70 proc. powierzchni gwiazdy.
Pod koniec swojego życia, gwiazdy takie jak Słońce przechodzą w stadium czerwonego olbrzyma. Gdy wewnątrz gwiazdy zaczyna brakować paliwa, to zmieniają się też procesy, które podtrzymują proces uwalniania energii. Gwiazdy zaczynają pulsować, stają się niestabilne i zmieniają jasność w cyklach trwających od setek do tysięcy dni. Betelgeza jest czerwonym nadolbrzymem, czyli gwiazdą około 20 razy masywniejszą od Słońca i 1000 razy większą. Gdyby taką gwiazdę umieścić w środku Układu Słonecznego, jej powierzchnia znajdowałaby się między Marsem a Jowiszem. Wszystkie planety skaliste znalazłyby się w jej wnętrzu
mówi Dharmawardena.
Może Betelgeza schowała się za własnym pyłem?
Zważając na ogromne rozmiary gwiazdy, przyciąganie grawitacyjne na jej powierzchni jest stosunkowo niskie. Dzięki temu w trakcie kolejnych pulsacji, z powierzchni gwiazdy odrywają się jej zewnętrzne warstwy. Oddalając się od niej, ochładzają się, tworzą większe zgrupowania atomów i cząsteczek, z czasem akumulując się w ziarna pyłu. To właśnie w taki sposób czerwone olbrzymy rozsiewają po kosmosie cięższe pierwiastki, z których z czasem powstają np. planety skaliste.
Z tego też powodu astronomowie przez jakiś czas podejrzewali, że z Betelgezy oderwało się dużo gazu, z którego powstał pył, który z kolei przesłonił nam gwiazdę i stąd obserwowany na Ziemi spadek jej jasności.
Teleskopy mówią, że to jednak nie pył
Aby sprawdzić tę hipotezę, Dharmawardena wraz ze swoim zespołem przeanalizowała nowe i archiwalne dane z teleskopów APEX i JCMT. Obydwa instrumenty obserwują wszechświat w zakresie promieniowania submilimetrowego. To właśnie w tym zakresie można badać pył międzygwiezdny, a chłodny pył świeci w nim nad wyraz wyraźnie.
Zdziwiliśmy się, bo okazało się, że jasność Betelgezy także w tym zakresie promieniowania spadła o 20 proc. Oznacza to, że ilość pyłu w otoczeniu gwiazdy nie wzrosła. W takim razie to sama gwiazda odpowiada za spadek jasności.
mówi Steve Mairs z Obserwatorium Wschodnioazjatyckiego.
Plamy, plamy, mnóstwo plam
Zgodnie z prawami fizyki, jasność gwiazdy zależy od jej średnicy oraz od temperatury jej powierzchni. Jeżeli gwiazda zmaleje, jej jasność powinna spadać na wszystkich długościach fal promieniowania. Z kolei zmiana temperatury wpływa różnie na różne pasma widma elektromagnetycznego. Obserwowany w przypadku Betelgezy spadek jasności w zakresie widzialnym i na falach submilimetrowych pasuje do spadku średniej temperatury powierzchni gwiazdy o 200 stopni Celsjusza.
Warto jednak zauważyć, że mowa tutaj o średniej jasności, a bardziej prawdopodobny jest spadek jasności tylko niektórych fragmentów powierzchni. Wysokiej rozdzielczości zdjęcia gwiazdy wykonane w grudniu 2019 r. pokazują, że na powierzchni gwiazdy są obszary o różnej jasności. Wyniki badań i obserwacji wskazują, że na powierzchni gwiazdy mogły znajdować się plamy pokrywające od 50 do 70% powierzchni. Choć plamy gwiezdne nie są niczym nowym, to tak duże plamy stanowią rzadkość. Nie wiemy póki co ile mogą utrzymywać się na powierzchni.
Co dalej?
W przypadku Słońca ilość plam rośnie i maleje mniej więcej w 11-letnim cyklu. Nie wiadomo jednak czy tak samo dzieje się w przypadku czerwonych olbrzymów, bowiem ich wnętrze znacząco różni się od wnętrza naszej Gwiazdy Dziennej. Obserwacje Betelgezy w nadchodzących latach pozwolą badaczom ustalić czy spadek jej jasności był jednorazowy czy występuje cyklicznie. Tak czy inaczej, ta gwiazda jeszcze długo nie przestanie nas zaskakiwać.
