Yderligere indsigt i den nysgerrige dæmpning af stjernen Betelgeuse er blevet afsløret af et internationalt hold af astronomer ledet af Andrea Dupree fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Forskerne brugte observationer fra Hubble-rumteleskopet og flere andre instrumenter til at vise, hvordan en stor konvektiv celle, der stiger til overfladen af stjernen, kunne have slynget en enorm mængde materiale ud i rummet - og skabt en sky, der blokerede noget af Betelgeuses lys i at nå Jorden . Værket bekræfter tidligere forskning, der knyttede den slørende sky til et stort køligt sted observeret på stjernens overflade.
Betelgeuse er en rød supergigantisk stjerne, der er omkring 548 lysår fra Jorden og er en af de klareste stjerner på himlen. Normalt pulserer stjernens lysstyrke med en periode på 416 dage, men i 2019-20 faldt lysudbyttet fra stjernen til et hidtil uset lavpunkt, før den genoprettes - en begivenhed kaldet "Den store dæmpning".
Astronomer mener, at dæmpningen var forårsaget af udstødningen af materiale fra stjernen, men den nøjagtige karakter af processen var ukendt.
"Vores [forskning] samler et stort antal observationer for at spore dynamikken i masseudstødningen og kompilere en logisk tidslinje for dens forekomst," fortæller Dupree Fysik verden.
Udover Hubble inkluderede disse observationer data indsamlet ved SPHERE (Spektro—polarimetrisk højkontrast Exoplanet REsearch) instrument på Very Large Telescope i Chile, som viste et mørkt, køligt sted på Betelgeuses sydlige halvkugle. Holdet brugte også data fra Japans Himawari-8 vejrsatellit, som ved et tilfælde observerede Betelgeuse i baggrunden af sine jordobservationer. Disse observationer af Himawari-8 forbandt det kølige sted med en støvsky, der tilslørede en del af stjernen.
Eruptiv stjerne
Dupree og kollegers model antyder, at en enorm konvektiv celle steg gennem Betelgeuses indre og dannede en enorm boble på stjernens fotosfære – dens gasformige overflade. Dette fik en enorm mængde materiale svarende til Mars' masse til at forlade stjernen. Dette udstødte materiale rejste gennem Betelgeuses diffuse ydre lag, hvor det afkølede og kondenserede til støv. I mellemtiden blev den bølgende stjerneoverflade efterladt med et gigantisk sår, som plasma udvidede sig ind i og afkølede undervejs. Dette skabte den store mørke kølige plet, der var blevet set på stjernen.
Daisuke Taniguchi fra University of Tokyo ledede analysen af Himawari-8-observationerne, men han var ikke medlem af Duprees team. Han fortæller Fysik verden at "Dette nye koncept med en overflademasseudslyngning lyder som det mest rimelige til at forklare alle observationerne".
Selvom støvet nu er forsvundet efter at være blevet drevet væk af Betelgeuses stjernevind, og stjernen er vendt tilbage til sit normale lysstyrkeområde, mener Duprees team, at fotosfæren stadig er ustabil.
Jeg kan godt lide analogien med en 'ubalanceret vaskemaskine', da den forsøger at komme til en ny ligevægt
Andrea Dupree
"Jeg kan godt lide analogien med en 'ubalanceret vaskemaskine', da den forsøger at komme til en ny ligevægt," siger Dupree.
Skjulte pulseringer
De rystende ustabiliteter som følge af fotosfæren, der skvulper rundt i kølvandet på overflademasseudslyngningen, maskerer i øjeblikket Betelgeuse's 416-dages pulsationsperiode. Dupree beskriver denne pulsationsperiode som stjernens fundamentale tilstand. Disse pulseringer er typiske for røde supergigantiske stjerner såsom Betelgeuse, og deres periode varierer fra stjerne til stjerne afhængigt af stjernens masse.
"Jeg tror, at den iboende 416-dages pulsationshastighed stadig er i gang," siger Dupree. "Perioden er måske ikke helt den samme, når Betelgeuse kommer sig, men det burde være et relativt stabilt mønster."
Ud over pulsationsperioden på 416 dage er der også en underliggende periode på 2100 dage, som ikke er så godt forstået. Nogle forskere mener, at det er relateret til den tid, det tager for gigantiske konvektionsceller på fotosfæren at vende om. Den store dæmpning kom lige efter, at 2100-dages cyklus nåede en minimum lysstyrke, som også faldt sammen med et minimum i 416-dages cyklus.
I midten af 1980'erne forudsagde den afdøde Harvard-astronom Leo Goldberg, at når langsigtede og kortsigtede minimumsværdier falder sammen for at skabe et stort minimum, kan der forekomme usædvanlige ændringer i stjernens lysstyrke og aktivitet. Goldbergs teori var for det meste blevet glemt, men siden den store dæmpning har den været meget i tråd med den nuværende tankegang.
Næste dæmpning i 2026
"Jeg spekulerer her," siger Dupree, "men hvis [en stor dæmpning] sker igen, bør det være i 2026 efter det næste minimum på 2100 dage i 2025."
Med bedre overvågning af stjernen af både professionelle og amatørastronomer end i 1980'erne, er der en større chance for at opdage, når noget er galt på Betelgeuse.
Vejrsatellit kaster lys over 'Great Dimming' af Betelgeuse-stjernen
"Astronomer bør blive ved med at fokusere på denne spændende stjerne," siger Taniguchi, som vil blive ved med at overvåge Betelgeuse med både Himawari-8 og Himawari-9 satellitterne. I mellemtiden, inspireret af Taniguchis succes med vejrsatellitter, planlægger Dupree og hendes kolleger at bruge arkivdata fra NOAA's GOES række vejrsatellitter for at se på Betelgeuses aktivitet.
Betelgeuses betydning for at forstå andre røde superkæmpestjerner kan ikke undervurderes. Betelgeuse er en ret typisk rød supergigant, så astronomer forventer, at lignende overflademasseudstødninger vil forekomme på andre stjerner.
Dupree mener, at detaljerede observationer af Betelgeuse vil være nøglen til at forstå andre stjerner. "Jeg vil gerne tro, at Betelgeuse kan være en Rosetta-sten til stjernefysik," siger Dupree.
Et fortryk af papiret er tilgængeligt på arXiv og avisen vil blive udgivet i Den astrofysiske tidsskrift.
