Ytterligere innsikt i den nysgjerrige dimmingen til stjernen Betelgeuse har blitt avduket av et internasjonalt team av astronomer ledet av Andrea Dupree fra Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Forskerne brukte observasjoner fra Hubble-romteleskopet og flere andre instrumenter for å vise hvordan en stor konveksjonscelle som stiger til overflaten av stjernen kunne ha kastet ut en enorm mengde materiale ut i verdensrommet – skapt en sky som blokkerte noe av Betelgeuses lys fra å nå jorden . Arbeidet bekrefter tidligere forskning som knyttet den tilslørende skyen til et stort kjølig sted observert på overflaten av stjernen.
Betelgeuse er en rød superkjempestjerne som er omtrent 548 lysår fra jorden og er en av de klareste stjernene på himmelen. Normalt pulserer lysstyrken til stjernen med en periode på 416 dager, men i 2019–20 falt lyseffekten fra stjernen til et enestående lavt nivå før den gjenopprettes – en hendelse kalt «den store dimmingen».
Astronomer tror at dimmingen ble forårsaket av utstøting av materiale fra stjernen, men den nøyaktige arten av prosessen var ukjent.
"Vår [forskning] trekker sammen et stort antall observasjoner for å spore dynamikken i masseutkastet og kompilere en logisk tidslinje for dens forekomst," forteller Dupree Fysikkens verden.
Foruten Hubble, inkluderte disse observasjonene data samlet ved SPHERE (Spektro—polarimetrisk høykontrast Exoplanet Research) instrument på Very Large Telescope i Chile, som viste et mørkt, kjølig sted på Betelgeuses sørlige halvkule. Teamet brukte også data fra Japan Himawari-8 værsatellitt, som ved en tilfeldighet observerte Betelgeuse i bakgrunnen av sine jordobservasjoner. Disse observasjonene av Himawari-8 koblet det kjølige stedet til en støvsky som skjulte en del av stjernen.
Eruptiv stjerne
Dupree og kollegenes modell antyder at en enorm konvektiv celle steg gjennom Betelgeuses indre og dannet en enorm boble på stjernens fotosfære – dens gassformede overflate. Dette førte til at en enorm mengde materiale tilsvarende massen til Mars forlot stjernen. Dette utkastede materialet reiste gjennom Betelgeuses diffuse ytre lag, hvor det avkjølte og kondenserte til støv. I mellomtiden ble den roterende stjerneoverflaten stående med et gigantisk sår som plasma ekspanderte inn i, avkjølende underveis. Dette skapte den store mørke kjølige flekken som hadde blitt sett på stjernen.
Daisuke Taniguchi fra University of Tokyo ledet analysen av Himawari-8-observasjonene, men han var ikke medlem av Duprees team. Han forteller Fysikkens verden at "Dette nye konseptet med overflatemasseutkast høres ut som det mest fornuftige for å forklare alle observasjonene".
Selv om støvet nå har forsvunnet, etter å ha blitt drevet bort av Betelgeuses stjernevind, og stjernen har returnert til sitt normale lysstyrkeområde, mener teamet til Dupree at fotosfæren fortsatt er ustabil.
Jeg liker analogien til en "ubalansert vaskemaskin" når den prøver å komme til en ny likevekt
Andrea Dupree
"Jeg liker analogien til en 'ubalansert vaskemaskin' når den prøver å komme til en ny likevekt," sier Dupree.
Skjulte pulseringer
De urolige ustabilitetene som følge av at fotosfæren skvulper rundt i kjølvannet av overflatemasseutkastet, maskerer for tiden Betelgeuses 416-dagers pulsasjonsperiode. Dupree beskriver denne pulsasjonsperioden som stjernens grunnleggende modus. Disse pulseringene er typiske for røde superkjempestjerner som Betelgeuse, og perioden deres varierer fra stjerne til stjerne avhengig av stjernens masse.
"Jeg tror at den iboende 416-dagers pulsasjonshastigheten fortsatt er pågående," sier Dupree. "Perioden er kanskje ikke helt den samme når Betelgeuse kommer seg, men det bør være et relativt stabilt mønster."
I tillegg til 416-dagers pulsasjonsperiode, er det også en underliggende 2100-dagers periode som ikke er så godt forstått. Noen forskere mener det er relatert til tiden det tar før gigantiske konvektivceller på fotosfæren snur seg. Den store dimmingen kom like etter at 2100-dagers syklus nådde en minimumslysstyrke, som også falt sammen med et minimum i 416-dagers syklus.
På midten av 1980-tallet spådde den avdøde Harvard-astronomen Leo Goldberg at når langsiktige og kortsiktige minimumsverdier faller sammen for å skape et stort minimum, kan det forekomme uvanlige endringer i stjernens lysstyrke og aktivitet. Goldbergs teori var stort sett glemt, men siden den store dimmingen har den vært veldig i tråd med dagens tenkning.
Neste nedtoning i 2026
"Jeg spekulerer her," sier Dupree, "men hvis [en stor dimming] skjer igjen, bør det være i 2026 etter neste minimum på 2100 dager i 2025."
Med bedre overvåking av stjernen av både profesjonelle og amatørastronomer enn på 1980-tallet, er det større sjanse for å oppdage når noe er galt på Betelgeuse.
Værsatellitt kaster lys over 'Great Dimming' til Betelgeuse-stjernen
"Astronomer bør fortsette å fokusere på denne spennende stjernen," sier Taniguchi, som vil fortsette å overvåke Betelgeuse med både Himawari-8 og Himawari-9 satellittene. I mellomtiden, inspirert av Taniguchis suksess med værsatellitter, planlegger Dupree og hennes kolleger å bruke arkivdata fra NOAA's GÅR serie værsatellitter for å se på Betelgeuse sin aktivitet.
Betelgeuses betydning for å forstå andre røde supergigantiske stjerner kan ikke undervurderes. Betelgeuse er en ganske typisk rød superkjempe, så astronomer forventer at lignende overflatemasseutkast vil skje på andre stjerner.
Dupree mener at detaljerte observasjoner av Betelgeuse vil være nøkkelen til å forstå andre stjerner. "Jeg vil tro at Betelgeuse kan være en Rosetta-stein for stjernefysikk," sier Dupree.
Et forhåndstrykk av papiret er tilgjengelig på arXiv og avisen vil bli publisert i The Astrophysical Journal.
