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Ein Wettersatellit hat geholfen zu erklären, warum der rote Überriesenstern Beteigeuze in den Jahren 2019–2020 eine beispiellose Verdunkelung erlebte.
Seine Ergebnisse bestätigen frühere Studien, die zu dem Schluss kamen, dass die Verdunkelung die Folge eines Punkts mit niedrigerer Temperatur auf dem Stern war, der die Wärme verringerte, die zu einer nahe gelegenen Gaswolke gelangte. Astronomen glauben, dass die Wolke dadurch abkühlen und zu Staub kondensieren konnte, der einen Teil des Lichts von Beteigeuze blockierte.
Als veränderlicher Stern schwankt die Helligkeit des nahe gelegenen Beteigeuze normalerweise, aber im Oktober 2019 begann er schwächer zu werden als je zuvor. Dies führte zu Spekulationen, dass es in einer Supernova explodieren könnte. Bis Ende Februar 2020 war Beteigeuze jedoch zu seinem normalen Helligkeitsbereich zurückgekehrt, was Astronomen am Kopf kratzen ließ, was den extremen Rückgang der Leuchtkraft verursacht hatte.
Konkurrierende Theorien
Zwei konkurrierende Theorien entstanden für die Reduzierung des Lichts. Einer beinhaltet die Entwicklung einer großen Konvektionszelle im Stern, die kühler (und dunkler) war als der Rest der Oberfläche von Beteigeuze. Die andere Theorie beinhaltet die teilweise Verdunkelung des Sterns durch eine Staubwolke. Keine Theorie allein konnte jedoch das Verdunkeln des Sterns erklären.
Dann, im Jahr 2021, führte ein Team durch Miguel Montargès des Observatoire de Paris in Frankreich vorgeschlagen, auf der Grundlage von Beobachtungen mit dem SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch)-Instrument am Very Large Telescope in Chile, das mit der Verdunkelung verbunden ist sowohl eine konvektive Zelle als auch verdunkelnder Staub.
Jetzt führte eine Gruppe von Astronomen und Meteorologen durch Daisuke Taniguchi der Universität Tokio, hat unterstützende Beweise für diese doppelte Erklärung gefunden – alles dank der zufälligen Beobachtungen eines japanischen Wettersatelliten, Himawara-8.
Stellarer Hintergrund
Der Satellit wurde 2014 gestartet und befindet sich in einer geostationären Umlaufbahn in 35,786 km Höhe über dem Westpazifik. Es nimmt Bilder der ganzen Erde bei einer Vielzahl von Infrarotwellenlängen auf, und im Hintergrund sind Sterne wie Beteigeuze sichtbar.
„Ehrlich gesagt, dieses Projekt begann bei Twitter“, erklärt Taniguchi und erinnert sich, wie er einen Tweet sah, in dem beschrieben wurde, wie der Mond im Hintergrund von Bildern sichtbar ist, die von Himawari-8 aufgenommen wurden. Er und seine Mitarbeiter stellten dann fest, dass Himawari-8 über vier Jahre bis 2017 auch eine konstante Sicht auf Beteigeuze hatte.
Himawari-8s tägliche Beobachtungen von Beteigeuze waren ein Vorteil gegenüber jedem anderen Teleskop, das Beteigeuze nur zeitweise überwachen konnte. Himawari-8 könnte den Stern sogar im Sommer beobachten, wenn der Stern für Beobachtungen im sichtbaren Wellenlängenbereich zu nahe an der Sonne steht. Der Satellit zeigte, dass der Stern selbst um 140 °C abgekühlt war. Dies reichte aus, um die Erwärmung durch Strahlung auf eine nahe gelegene warme Gaswolke zu reduzieren, wodurch die Wolke abkühlte und zu undurchsichtigem Staub kondensierte, der bei mittleren Infrarotwellenlängen nachweisbar war. Taniguchis Team berechnet, dass sowohl die Abkühlung des Sterns als auch die Bildung der Staubwolke fast gleichermaßen zu dem beigetragen haben, was Astronomen als „Great Dimming“ bezeichnen.
„Wunderschönes Ergebnis“
„Es ist wirklich ein schönes Ergebnis“, sagt Montargès, der nicht an dieser neuesten Forschung beteiligt war. „Die Methode, die sie verwenden, ist sehr originell.“
Die Himawari-8-Beobachtungen deuten auch darauf hin, dass 10 Monate vor der Verdunkelung etwas mit der atmosphärischen Struktur von Beteigeuze passiert ist. Wassermoleküle auf dem Stern, die normalerweise Absorptionslinien im Spektrum des Sterns erzeugen würden, verwandelten sich plötzlich in Emissionslinien, was darauf hinweist, dass etwas sie mit Energie versorgt hatte.
Obwohl es keinen eindeutigen Beweis für das, was passiert ist, gibt, spekuliert Taniguchi, dass „ein unregelmäßiges Pulsieren zu dem Temperaturabfall auf der Oberfläche des Sterns und dem Auftreten einer Schockwelle geführt haben könnte, die eine Gaswolke aus dem Stern ausstoßen könnte“. Diese Schockwelle könnte die Wolke durchdrungen haben und den beobachteten Übergang von der Absorption zur Emission bemerkenswerter Spektrallinien ausgelöst haben.
Montargès stimmt zu, dass dies eine vernünftige Idee zu sein scheint. Tatsächlich argumentiert er, dass Konvektionszellen, die auf der Oberfläche des Sterns, der so genannten Photosphäre, aufsteigen, die einzig plausible Erklärung sind.
Photosphärische Aktivität
„Die Gaswolke kann nur aus der Photosphäre stammen, und die einzige photosphärische Aktivität, die wir erkennen, kommt von der Konvektion, der starken Bewegung des Gases“, sagt er.
Es ist noch zu früh, um zu sagen, ob dies ein normales Verhalten für einen Roten Überriesen wie Beteigeuze ist. Montargès spielt auf ein weiteres mögliches Dimming-Ereignis in den 1940er Jahren an, aber ansonsten wurde in über zwei Jahrhunderten der Überwachung von Beteigeuze und anderen Roten Überriesen nichts Vergleichbares wie das Great Dimming gesehen. Es kann sein, dass solche Ereignisse bei anderen Roten Überriesen passiert sind, nur dass wir sie wegen ihrer relativ kurzen Dauer übersehen haben.
Neue Beweise stützen die Dark-Spot-Theorie für Betelgeuses „Great Dimming“
„Bevor wir zu dem Schluss kommen, dass es sich bei dieser Klasse von Sternen um ein übliches Verhalten handelt, müssen wir es an anderer Stelle beobachten“, sagt Montargès.
Unterdessen nutzen Taniguchi und Kollegen Himawari-8 voll aus, um andere Sterne zu überwachen. Sie haben neue Projekte initiiert, um einen Katalog der Variabilität gealterter Sterne im Infrarotlicht zu erstellen und nach neuen Klassen von Objekten zu suchen, die bei Infrarotwellenlängen variabel sind.
„Alle diese Projekte verwenden denselben Satelliten, Himawari-8“, sagt Taniguchi. „Ich hoffe, dass auch einige andere Wissenschaftler ihre eigenen Projekte mit Himawari-8 oder anderen Wettersatelliten starten werden.“
Die Forschung ist beschrieben in Natur Astronomie.
