Πριν από λίγους μήνες παρακολουθούσαμε όλοι τον Betelgeuse να χαμηλώνει. Μεταξύ Οκτωβρίου 2019 και 22 Φεβρουαρίου 2020 η φωτεινότητα του αστεριού έπεσε κατά περίπου τρεις φορές. Από το μέγεθος 0,5, και από το δέκατο φωτεινότερο αστέρι στον ουρανό, έφτασε στο μέγεθος 1,7.
Όπως ήταν φυσικό, όλοι αναρωτιόμασταν τι συνέβαινε. Θα γινόταν σουπερνόβα; Παρόλο που αυτό ήταν εξαιρετικά απίθανο, πώς θα μπορούσαμε να μην αναρωτηθούμε;
Μια νέα μελέτη προτείνει μια πιο πεζή εξήγηση για τη συμπεριφορά του Betelgeuse. Αντί για ένα επικείμενο σουπερνόβα, είναι απλές αστρικές κηλίδες που δημιουργούν το θαμπό.
Η νέα μελέτη έχει τίτλο « Ο Betelgeuse Fainter in the Submillimeter Too: An Analysis of JCMT and APEX Monitoring κατά το πρόσφατο οπτικό ελάχιστο .» Ο κύριος συγγραφέας είναι ο Thavisha Dharmawardena του Ινστιτούτου Max Planck για την Αστρονομία. Η εργασία δημοσιεύεται στο The Astrophysical Journal Letters.
Μετά την έντονη μείωση της φωτεινότητάς του, ο Betelgeuse επέστρεψε στη φόρμα του. Μέχρι τις 25 Φεβρουαρίου, είχε αρχίσει να λάμπει ξανά. Οι ανήσυχοι επιστήμονες ασχολήθηκαν και άρχισαν να συλλέγουν δεδομένα παρατήρησης και να προσπαθούν να συνθέσουν τι είχε συμβεί. Τον Μάρτιο του 2020, δύο αστρονόμοι δημοσίευσαν την πιο πρόσφατη δουλειά τους, δείχνοντας ότι ήταν απλώς η σκόνη που οδήγησε στο θαμπό του Betelgeuse.
Betelgeuse, όπως φαίνεται από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Ο Betelgeuse είναι το επάνω αριστερό αστέρι στον αστερισμό του Ωρίωνα. Πίστωση: NASA
Emily Levesque από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον ήταν ένας από αυτούς τους επιστήμονες. Σε ένα δελτίο τύπου που ανακοινώνει τη δουλειά τους, είπε «Το βλέπουμε αυτό συνεχώς στους κόκκινους υπεργίγαντες και είναι ένα φυσιολογικό μέρος του κύκλου ζωής τους. Οι κόκκινοι υπεργίγαντες θα ρίχνουν περιστασιακά υλικό από τις επιφάνειές τους, το οποίο θα συμπυκνώνεται γύρω από το αστέρι ως σκόνη. Καθώς κρυώνει και διαχέεται, οι κόκκοι της σκόνης θα απορροφήσουν μέρος του φωτός που κατευθύνεται προς το μέρος μας και θα μπλοκάρουν την θέα μας».
Οι κόκκινοι υπεργίγαντες όπως ο Betelgeuse γίνονται ασταθείς στα γεράματά τους. Δεδομένου ότι έχουν κάψει τόσο μεγάλο μέρος του καυσίμου τους, η προκύπτουσα απώλεια μάζας σημαίνει απώλεια της αυτοβαρύτητας που συγκρατεί αυτά τα αστέρια μαζί. Μπορούν να πάλλονται και αυτοί οι παλμοί είναι σε χρονική κλίμακα εκατοντάδων ή και χιλιάδων ημερών. Βλέπουμε αυτούς τους παλμούς ως αλλαγές στη φωτεινότητα.
Δεδομένου ότι η βαρύτητα στην επιφάνεια του άστρου έχει εξασθενήσει στα γηρατειά του, αυτοί οι παλμοί μπορούν να εκτινάξουν το εξωτερικό στρώμα του άστρου στο διάστημα πολύ εύκολα. Αυτό το χυτό υλικό μετατρέπεται σε σκόνη, και αυτό είναι που οδήγησε στην προηγούμενη εξήγηση για το θαμπό του Betelgeuse.
Ο Betelgeuse και το σύμπλεγμα του μοριακού νέφους του Ωρίωνα. Ο Betelgeuse είναι το κόκκινο αστέρι επάνω αριστερά. Πίστωση εικόνας: Από τον Rogelio Bernal Andreo – http://deepskycolors.com/astro/JPEG/RBA_Orion_HeadToToes.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20793252
Οι κόκκινοι υπεργίγαντες όπως ο Betelgeuse είναι πολύ δυναμικοί αστέρες, επομένως τίποτα σχετικά με αυτή τη μείωση θα πρέπει να εκπλήσσει. Αλλά μπορεί να χρειαστεί πολλή δουλειά για να καταλάβουμε τι συμβαίνει μαζί τους. Το ζήτημα του θαμπώματος του Betelgeuse δεν τελείωσε με τη μελέτη του Levesque.
Σε αυτή τη νέα μελέτη, οι ερευνητές εξέτασαν δεδομένα παρατήρησης 13 ετών από τον Betelgeuse. Η μελέτη παρουσιάζει παρατηρήσεις υπό χιλιοστού από το Τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell και το Πείραμα Atacama Pathfinder (ΚΟΡΥΦΗ). Όλα αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι ο Betelgeuse έχει βιώσει και άλλα επεισόδια εξασθένισης. Η τρέχουσα μείωση της έντασης παρατηρήθηκε στο οπτικό φως και ήταν πιο έντονη από τις προηγούμενες. Αλλά τα προηγούμενα επεισόδια εξακολουθούσαν να βλέπουν το αστέρι να χαμηλώνει κατά 20%, αν και σε μεγαλύτερα μήκη κύματος.
Σε αυτή τη νέα έρευνα, ο Dharmawardena και οι άλλοι συγγραφείς ξεκίνησαν δοκιμάζοντας την υπόθεση της σκόνης.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για τον Betelgeuse. Πίστωση: ESO/L. Calçada
Αντί για οπτικό φως, εξέτασαν δεδομένα μεγαλύτερου μήκους κύματος. Αυτό συμβαίνει γιατί ενώ το οπτικό φως εμποδίζεται από τη σκόνη, μεγαλύτερα μήκη κύματος μπορούν ακόμα να διεισδύσουν. Ο Betelgeuse ήταν ακόμα πιο αμυδρός στα μεγαλύτερα μήκη κύματος, κάτι που είναι ασυμβίβαστο με την παρουσία σκόνης. Κάτι άλλο πρέπει να το προκαλεί.
«Αυτό που μας εξέπληξε ήταν ότι ο Betelgeuse έγινε 20% πιο σκοτεινός ακόμα και στο εύρος κύματος υποχιλιοστών», αναφέρει ο Steve Mairs από το Παρατηρητήριο της Ανατολικής Ασίας, ο οποίος συνεργάστηκε στη μελέτη.
Η ομάδα των ερευνητών ήθελε να σκάψει βαθύτερα. Πήραν το φασματικό εύρος στο οποίο παρατηρούσαν τον Betelgeuse και υπολόγισαν πόση επίδραση θα είχε η σκόνη στις μετρήσεις τους. Στο εύρος παρατήρησης κάτω του χιλιοστού, αποδεικνύεται ότι η μείωση της έντασης δεν μπορεί να εξηγηθεί από τη σκόνη. Έτσι, αν η θαμπάδα δεν προκλήθηκε από την ενδιάμεση σκόνη, υπέθεσαν, ότι πρέπει να προκληθεί από το ίδιο το αστέρι.
Αυτή η εικόνα, που ελήφθη με το όργανο VISIR στο Πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο της ESO, δείχνει το υπέρυθρο φως που εκπέμπεται από τη σκόνη που περιβάλλει τον Betelgeuse τον Δεκέμβριο του 2019. Τα σύννεφα σκόνης, που μοιάζουν με φλόγες σε αυτή τη δραματική εικόνα, σχηματίζονται όταν το αστέρι ρίχνει το υλικό του πίσω στο διάστημα. Ο μαύρος δίσκος κρύβει το κέντρο του αστεριού και μεγάλο μέρος του περιβάλλοντός του, τα οποία είναι πολύ φωτεινά και πρέπει να καλυφθούν για να μπορούν να φαίνονται τα πιο αμυδρά λοφία σκόνης. Η πορτοκαλί κουκκίδα στη μέση είναι η εικόνα ΣΦΑΙΡΑ της επιφάνειας του Betelgeuse, η οποία έχει μέγεθος κοντά σε αυτό της τροχιάς του Δία. Πίστωση: ESO/P. Κερβέλλας/Μ. Οι Montargès et al.
Οι συγγραφείς έγραψαν στη μελέτη τους ότι «Η μοντελοποίηση μεταφοράς ακτινοβολίας δείχνει ότι αυτό δεν μπορεί να προκληθεί από αλλαγές στο περίβλημα της σκόνης και επομένως πρέπει να αντανακλά μια αλλαγή στη φωτόσφαιρα του αστεριού».
Η ομάδα των ερευνητών λέει ότι οι μεγάλες αστρικές κηλίδες στη φωτόσφαιρα του Betelgeuse είναι υπεύθυνες για τη θαμπάδα. Λένε ότι οι κηλίδες είναι τόσο μεγάλες που καλύπτουν το 50 έως 70% της επιφάνειας του αστεριού. Αυτά είναι γιγάντια και είναι αρκετά για να κάνουν τον Betelgeuse να εξασθενίσει.
«Προς το τέλος της ζωής τους, τα αστέρια γίνονται κόκκινοι γίγαντες», εξήγησε ο κύριος συγγραφέας Dharmawardena σε ένα δελτίο τύπου . «Καθώς το απόθεμα καυσίμου τους τελειώνει, οι διαδικασίες αλλάζουν με τις οποίες τα αστέρια απελευθερώνουν ενέργεια».
Για να καταλάβουμε τι συμβαίνει εδώ, πρέπει να εμβαθύνουμε σε ορισμένες αστροφυσικές αρχές.
Η φωτεινότητα ενός αστεριού εξαρτάται από μερικά πράγματα: τη διάμετρό του και, το πιο σημαντικό, τη θερμοκρασία της επιφάνειάς του. Εάν η διάμετρος ενός αστεριού αυξηθεί, αλλά όχι η θερμοκρασία του, η φωτεινότητα θα μειωθεί ομοιόμορφα σε όλα τα μήκη κύματος. Αλλά εάν η θερμοκρασία αλλάξει, τότε η φωτεινότητα δεν αυξάνεται ομοιόμορφα σε όλα τα μήκη κύματος.
Δεδομένου ότι η μείωση της έντασης του Betelgeuse δεν ήταν η ίδια στο ορατό φως και στο φως κάτω του χιλιοστού, αυτό σημαίνει ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας πρέπει να αλλάζει. Λένε ότι η εξασθένιση είναι το αποτέλεσμα της μείωσης της θερμοκρασίας του αστεριού κατά περίπου 200 C (392 F.)
Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι η μείωση της θερμοκρασίας ήταν ακόμη και σε όλη την επιφάνεια του γηράσκοντος αστεριού. Και αυτό οδήγησε στα αστέρια.
«Ωστόσο, μια ασύμμετρη κατανομή θερμοκρασίας είναι πιο πιθανή», εξήγησε ο συν-συγγραφέας Peter Scicluna από το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO). «Αντίστοιχες εικόνες υψηλής ανάλυσης του Betelgeuse από τον Δεκέμβριο του 2019 δείχνουν περιοχές με διαφορετική φωτεινότητα. Μαζί με το αποτέλεσμά μας, αυτή είναι μια σαφής ένδειξη τεράστιων αστρικών κηλίδων που καλύπτουν μεταξύ 50 και 70% της ορατής επιφάνειας και έχουν χαμηλότερη θερμοκρασία από τη φωτεινότερη φωτόσφαιρα».
Φως και σκοτάδι: Αυτές οι εικόνες υψηλής ανάλυσης του Betelgeuse δείχνουν την κατανομή της φωτεινότητας στο ορατό φως στην επιφάνειά του πριν και κατά τη διάρκεια του σκοταδισμού του. Λόγω της ασυμμετρίας, οι συγγραφείς καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι υπάρχουν τεράστια αστέρια. Οι εικόνες τραβήχτηκαν από την κάμερα SPHERE του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (ESO).
Πίστωση εικόνας: ESO / M. Montargès et al.
Ο Betelgeuse είναι ένα καλά μελετημένο αστέρι, αλλά αυτό απλώς μας δείχνει ότι εξακολουθεί να είναι γεμάτο εκπλήξεις. Ο Ήλιος μας βιώνει δραστηριότητα ηλιακών κηλίδων σε έναν κύκλο 11 ετών. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη εάν οι κόκκινοι υπεργίγαντες όπως ο Betelgeuse περνούν από έναν παρόμοιο κύκλο. Η προηγούμενη ελάχιστη φωτεινότητά του ήταν επίσης πολύ πιο έντονη από τα προηγούμενα. Είναι αυτό απόδειξη ενός κύκλου;
«Οι παρατηρήσεις τα επόμενα χρόνια θα μας πουν εάν η απότομη μείωση της φωτεινότητας του Betelgeuse σχετίζεται με έναν κύκλο κηλίδων. Σε κάθε περίπτωση, ο Betelgeuse θα παραμείνει ένα συναρπαστικό αντικείμενο για μελλοντικές μελέτες», κατέληξε ο επικεφαλής συγγραφέας Dharmawardena.