Ytterligare insikter i stjärnan Betelgeuses nyfikna nedtoning har avslöjats av ett internationellt team av astronomer under ledning av Andrea Dupree vid Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Forskarna använde observationer från rymdteleskopet Hubble och flera andra instrument för att visa hur en stor konvektiv cell som stiger till stjärnans yta kunde ha skjutit ut en enorm mängd material i rymden – skapa ett moln som blockerade en del av Betelgeuses ljus från att nå jorden . Arbetet bekräftar tidigare forskning som kopplade det mörka molnet till en stor sval fläck som observerats på stjärnans yta.
Betelgeuse är en röd superjättestjärna som är cirka 548 ljusår från jorden och är en av de ljusaste stjärnorna på himlen. Normalt pulserar stjärnans ljusstyrka med en period av 416 dagar, men 2019–20 sjunkit ljusutsläppet från stjärnan till ett aldrig tidigare skådat lågt innan det återhämtar sig – en händelse som kallas "Den stora dämpningen".
Astronomer tror att nedtoningen orsakades av utstötningen av material från stjärnan, men den exakta karaktären av processen var okänd.
"Vår [forskning] drar ihop ett stort antal observationer för att spåra dynamiken i massutkastningen och sammanställa en logisk tidslinje för dess förekomst," säger Dupree Fysikvärlden.
Förutom Hubble inkluderade dessa observationer data som samlats in genom att SPHERE (Spektro—polarimetrisk högkontrast Exoplanet REsearch) instrument på Very Large Telescope i Chile, som visade en mörk, sval plats på Betelgeuses södra halvklot. Teamet använde också data från Japans Himawari-8 vädersatellit, som av en slump observerade Betelgeuse i bakgrunden av sina jordobservationer. Dessa observationer av Himawari-8 kopplade den svala platsen till ett moln av damm som skymmer en del av stjärnan.
Eruptiv stjärna
Dupree och kollegors modell tyder på att en enorm konvektiv cell steg genom Betelgeuses inre och bildade en enorm bubbla på stjärnans fotosfär – dess gasformiga yta. Detta fick en stor plym av material motsvarande Mars massa att lämna stjärnan. Detta utstötta material färdades genom Betelgeuses diffusa yttre skikt, där det svalnade och kondenserade till damm. Samtidigt lämnades den böljande stjärnytan med ett gigantiskt sår som plasma expanderade in i och svalnade längs vägen. Detta skapade den stora mörka svala fläcken som hade setts på stjärnan.
Daisuke Taniguchi vid University of Tokyo ledde analysen av Himawari-8-observationerna men han var inte medlem i Duprees team. Han berättar Fysikvärlden att "Det här nya konceptet med ytmassutstötning låter som det mest rimliga för att förklara alla observationer".
Även om dammet nu har försvunnit, efter att ha drivits bort av Betelgeuses stjärnvind, och stjärnan har återgått till sitt normala ljusstyrka, tror Duprees team att fotosfären fortfarande är instabil.
Jag gillar analogin med en "obalanserad tvättmaskin" när den försöker komma till en ny jämvikt
Andrea Dupree
"Jag gillar analogin med en "obalanserad tvättmaskin" när den försöker komma till en ny jämvikt, säger Dupree.
Dolda pulseringar
De svallande instabiliteterna till följd av att fotosfären skvalpar runt i kölvattnet av ytmassutkastningen maskerar för närvarande Betelgeuses 416-dagars pulsationsperiod. Dupree beskriver denna pulsationsperiod som stjärnans fundamentala läge. Dessa pulsationer är typiska för röda superjättestjärnor som Betelgeuse, och deras period varierar från stjärna till stjärna beroende på stjärnans massa.
"Jag tror att den inneboende 416-dagars pulsationshastigheten fortfarande pågår", säger Dupree. "Perioden kanske inte är exakt densamma när Betelgeuse återhämtar sig, men det borde vara ett relativt stabilt mönster."
Förutom 416-dagars pulsationsperioden finns det också en underliggande 2100-dagarsperiod som inte är så väl förstådd. Vissa forskare tror att det är relaterat till den tid det tar för gigantiska konvektiva celler på fotosfären att vända. Den stora dimningen kom precis efter att 2100-dagarscykeln nådde en lägsta ljusstyrka, som också sammanföll med ett minimum i 416-dagarscykeln.
I mitten av 1980-talet förutspådde den sene Harvard-astronomen Leo Goldberg att när lång- och kortsiktiga minimivärden sammanfaller för att skapa ett stort minimum, kan ovanliga förändringar i stjärnans ljusstyrka och aktivitet inträffa. Goldbergs teori hade till största delen glömts bort, men sedan den stora nedbländningen har den varit mycket i linje med dagens tänkande.
Nästa nedtoning 2026
"Jag spekulerar här," säger Dupree, "men om [en stor nedbländning] händer igen, borde det vara 2026 efter nästa 2100-dagars minimum 2025."
Med bättre övervakning av stjärnan av både professionella och amatörastronomer än på 1980-talet, finns det en större chans att upptäcka när något är fel på Betelgeuse.
Vädersatelliten kastar ljus över "Great Dimming" av Betelgeuse-stjärnan
"Astronomer bör fortsätta fokusera på denna spännande stjärna", säger Taniguchi, som kommer att fortsätta övervaka Betelgeuse med både Himawari-8 och Himawari-9-satelliterna. Under tiden, inspirerad av Taniguchis framgångar med vädersatelliter, planerar Dupree och hennes kollegor att använda arkivdata från NOAA'S GOES serie vädersatelliter för att titta på Betelgeuses aktivitet.
Betelgeuses betydelse för att förstå andra röda superjättestjärnor kan inte underskattas. Betelgeuse är en ganska typisk röd superjätte, så astronomer förväntar sig liknande ytmassutkastningar på andra stjärnor.
Dupree tror att detaljerade observationer av Betelgeuse kommer att vara nyckeln till att förstå andra stjärnor. "Jag skulle vilja tro att Betelgeuse kan vara en Rosetta-sten för stjärnfysik", säger Dupree.
Ett förtryck av papperet finns på arXiv och tidningen kommer att publiceras i The Astrophysical Journal.
