Hubble widzi czerwonego olbrzyma, gwiazdę Betelgeza, która powoli dochodzi do siebie po tym, jak wybuchła

Fot.: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. O’Gorman/P. Kervella

Gwiazda Betelgeza wygląda jak świetlista, rubinowo-czerwona, migocząca plama światła w prawym górnym rogu zimowego gwiazdozbioru Oriona Łowcy. Jednak gdy ogląda się ją z bliska, astronomowie wiedzą, że jest to potwór, którego serce bije regularnie przez 400 dni. Ta starzejąca się gwiazda jest sklasyfikowana jako supergigant, ponieważ rozrosła się do zadziwiającej średnicy około 1 miliarda mil. Gdyby umieścić ją w centrum naszego układu słonecznego, sięgałaby do orbity Jowisza. Ostatecznym przeznaczeniem gwiazdy jest wybuch w postaci supernowej. Gdy to w końcu nastąpi będzie krótko widoczna na dziennym niebie z Ziemi. Jednak przed ostateczną detonacją zadzieje się wiele fajerwerków.

Astronomowie używający Hubble’a i innych teleskopów wywnioskowali, że gwiazda w 2019 roku zdmuchnęła ogromny kawałek swojej widocznej powierzchni.

Tego nigdy wcześniej nie widziano na gwieździe. Nasze pieszczotliwe Słońce rutynowo przechodzi przez masowe wyrzuty swojej zewnętrznej atmosfery, korony. Jednak te wydarzenia są o rzędy wielkości słabsze niż to, co zaobserwowano na Betelgeza. Pierwsza wskazówka przyszła, gdy gwiazda tajemniczo pociemniała pod koniec 2019 roku. Ogromna chmura przesłaniającego pyłu uformowała się z wyrzuconej powierzchni w miarę jej schładzania. Astronomowie stworzyli już scenariusz tego wydarzenia. A gwiazda wciąż powoli dochodzi do siebie; fotosfera odbudowuje się. Wnętrze zaś rozbrzmiewa jak dzwon, który został uderzony młotem kowalskim, zakłócając normalny cykl pracy gwiazdy. Nie oznacza to, że gwiazda-potwór wybuchnie w najbliższym czasie, ale jej późne konwulsje mogą nadal zadziwiać astronomów.

Analizując dane z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a NASA i kilku innych obserwatoriów, astronomowie doszli do wniosku, że jasny czerwony supergigant gwiazdy Betelgeza całkiem dosłownie rozwalił swój szczyt w 2019 roku, tracąc znaczną część swojej widocznej powierzchni i wytwarzając gigantyczny Powierzchniowy Wyrzut Masy (SME). Jest to coś, czego nigdy wcześniej nie widziano w zachowaniu normalnej gwiazdy.

Nasze Słońce rutynowo zdmuchuje części swojej napiętej zewnętrznej atmosfery, korony, w wydarzeniu znanym jako Koronalny Wyrzut Masy (CME). Jednak MSP Betelgezy zdmuchnęło 400 miliardów razy więcej masy niż typowy CME!

Potworna gwiazda wciąż powoli dochodzi do siebie po tym katastrofalnym wstrząsie. „Betelgeza nadal robi teraz bardzo nietypowe rzeczy; jej wnętrze jakby się odbija,” powiedziała Andrea Dupree z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian w Cambridge, Massachusetts.

Nowe obserwacje dostarczają wskazówek, w jaki sposób czerwone gwiazdy tracą masę w późnym okresie swojego życia, gdy ich piece do syntezy jądrowej wypalają się, zanim eksplodują jako supernowe. Wielkość utraty masy znacząco wpływa na ich los. Jednak zaskakująco płaczliwe zachowanie Betelgezy nie jest dowodem na to, że gwiazda wkrótce wybuchnie. Zatem zdarzenie utraty masy nie musi być sygnałem zbliżającej się eksplozji.

Dupree zbiera teraz wszystkie elementy układanki dotyczące łagodnego zachowania gwiazdy przed, po i podczas erupcji w spójną historię nigdy wcześniej nie widzianych tytanicznych konwulsji u starzejącej się gwiazdy.

Obejmuje to nowe dane spektroskopowe i obrazowe pochodzące z robotycznego obserwatorium STELLA, spektrografu Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) należącego do Fred L. Whipple Observatory, sondy NASA Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO-A), Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz Amerykańskiego Stowarzyszenia Obserwatorów Gwiazd Zmiennych (AAVSO). Dupree podkreśla, że dane z Hubble’a miały kluczowe znaczenie dla pomocy w rozwiązaniu zagadki.

„Nigdy wcześniej nie widzieliśmy ogromnego wyrzutu masy z powierzchni gwiazdy. Zostajemy z czymś, co się dzieje, czego nie rozumiemy do końca. To zupełnie nowe zjawisko, które możemy obserwować bezpośrednio i rozwiązywać szczegóły powierzchniowe za pomocą Hubble’a. Obserwujemy ewolucję gwiazd w czasie rzeczywistym”.

Tytaniczny wybuch w 2019 roku został prawdopodobnie spowodowany przez pióropusz konwekcyjny, o średnicy ponad miliona mil, bulgoczący z głębokiego wnętrza gwiazdy. Wywołał on wstrząsy i pulsacje, które zdmuchnęły kawałek fotosfery pozostawiając gwiazdę z dużą chłodną powierzchnią pod chmurą pyłu, która została wytworzona przez stygnący kawałek fotosfery. Betelgeza walczy teraz o powrót do zdrowia po tym urazie.

Ważący mniej więcej kilka razy więcej niż nasz Księżyc, odłamany kawałek fotosfery wyleciał w przestrzeń i schłodził się tworząc chmurę pyłu, która zablokowała światło gwiazdy widziane przez ziemskich obserwatorów. Przyciemnienie, które rozpoczęło się pod koniec 2019 roku i trwało przez kilka miesięcy, było łatwo zauważalne nawet przez obserwatorów podwórkowych obserwujących zmianę jasności gwiazdy. Jedna z najjaśniejszych gwiazd na niebie, Betelgeza łatwo znaleźć w prawym ramieniu gwiazdozbioru Oriona.

Jeszcze bardziej fantastyczne jest to, że 400-dniowa pulsacja supergiganta zniknęła, być może przynajmniej tymczasowo. Przez prawie 200 lat astronomowie mierzyli ten rytm w postaci zmian jasności Betelgezy i ruchów jej powierzchni. Jego zaburzenie świadczy o gwałtowności wybuchu.

Dupree sugeruje, że wewnętrzne komórki konwekcyjne gwiazdy, które napędzają regularną pulsację, mogą być poruszone jak niewyważona wanna pralki. Widma TRES i Hubble’a sugerują, że zewnętrzne warstwy mogą wrócić do normy, ale powierzchnia wciąż odbija się jak talerz deseru żelatynowego, gdy fotosfera się odbudowuje.

Chociaż nasze Słońce ma koronalne wyrzuty masy, które zdmuchują małe kawałki zewnętrznej atmosfery, astronomowie nigdy nie byli świadkami, by tak duża część widocznej powierzchni gwiazdy została wyrzucona w przestrzeń. Dlatego też powierzchniowe wyrzuty masy i koronalne wyrzuty masy mogą być różnymi zdarzeniami.

Betelgeza jest teraz tak ogromna, że gdyby zastąpiła Słońce w centrum naszego układu słonecznego, jej zewnętrzna powierzchnia rozciągałaby się poza orbitę Jowisza. Dupree użył Hubble’a do rozwiązania problemu gorących punktów na powierzchni gwiazdy w 1996 roku. Był to pierwszy bezpośredni obraz gwiazdy innej niż Słońce.

Kosmiczny Teleskop Webb NASA może być w stanie wykryć wyrzucony materiał w świetle podczerwonym, gdy będzie się on nadal oddalał od gwiazdy.

Źródło: NASA/Goddard Space Flight Center