Причиной затмения Бетельгейзе могут быть гигантские звездные пятна

Причиной необычно сильного снижения яркости Бетельгейзе, которое наблюдается в последнее время, могут быть необычно большие звездные пятна на ее поверхности, а не выброшенная звездой пыль.

К такому выводу пришла команда ученых во главе с Тавишей Дхармаварденой из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, говорится в пресс-релизе Общества им. Макса Планка

Звезды-красные гиганты, такие как Бетельгейзе, подвержены частым колебаниям яркости. Однако, поразительное падение освещенности Бетельгейзе примерно до 40% от ее нормального значения между октябрем 2019 и апрелем 2020 стало неожиданностью для астрономов. Ученые разработали различные сценарии, чтобы объяснить это изменение яркости звезды, которое видно невооруженным глазом и находится почти за 500 световых лет от нас. Некоторые астрономы даже рассуждали о неизбежном образования сверхновой. Международная команда астрономов под руководством Тавишы Дхармавардены из Института астрономии Макса Планка теперь продемонстрировала, что к падению яркости привели перепады температуры в фотосфере, то есть свитимой поверхности звезды. Наиболее правдоподобным источником таких температурных изменений являются гигантские прохладные звездные пятна, похожие на солнечные пятна, которые, однако, покрывают от 50 до 70% поверхности звезды.

"В конце своей жизни звезды становятся красными гигантами", - объясняет Дхармавардена. "По мере того, как заканчивается запас их топлива, меняются процессы, благодаря которым звезды высвобождают энергию". В результате они раздуваются, становятся нестабильными и пульсируют с периодами в сотни, а то и тысячи дней, что мы видим как колебания яркости. Бетельгейзе - это так называемый Красный Супергигант, звезда, по сравнению с нашим солнцем примерно в 20 раз массивнее и примерно в 1000 раз больше. Если бы ее разместить в центре Солнечной системы, она бы почти достигла орбиты Юпитера.

Из-за своих размеров, гравитационное притяжение на поверхности звезды меньше, чем на звезде той же массы, но с меньшим радиусом. Поэтому пульсации сравнительно легко могут выбрасывать внешние слои такой звезды. Освободившийся газ охлаждается и превращается в соединения, которые астрономы называют пылью. Вот почему звезды-красные гиганты являются важным источником тяжелых элементов во Вселенной, из которых в конечном итоге развиваются планеты и живые организмы. Ранее астрономы рассматривали образование светопоглощающей пыли как наиболее вероятную причину резкого снижения яркости.

Чтобы проверить это предположение, Тавиша Дхармавардена и ее коллеги обработали новые и архивные данные Эксперимента Атакамский следопыт (APEX) и Телескопа Джеймса Клерка Максвелла (JCMT). Эти телескопы измеряют излучение в спектральном диапазоне субмиллиметровых волн (терагерцового излучения), длина волны которого в тысячу раз больше, чем у видимого света. Невидимые для глаза, астрономы уже некоторое время используют их для изучения межзвездной пыли. Охлажденная пыль, в частности, светится на этих длинах волн.

"Что нас удивило, это то, что Бетельгейзе стала на 20% темнее даже в субмиллиметровом диапазоне волн", - сообщает Стив Мейрс с Восточноазиатской обсерватории, сотрудничавший в исследовании. Опыт показывает, что такое поведение не совместимо с наличием пыли. Для более точной оценки она и ее сотрудники подсчитали, какое влияние окажет пыль на измерения в этом спектральном диапазоне. Выяснилось, что, действительно, уменьшение яркости в субмиллиметровом диапазоне не может быть связано с увеличением объемов пылеобразования. Вместо этого сама звезда должна была привести к изменению яркости, измеренную астрономами.

Физические законы говорят о том, что светимость звезды зависит от ее диаметра и особенно от температуры поверхности. Если уменьшается только размер звезды, то светимость уменьшается одинаково на всех длинах волн. Однако, изменения температуры по-разному влияют на излучение, испускаемое по электромагнитному спектру. По мнению ученых, измеряемое потемнение в видимом свете и субмиллиметровых волнах свидетельствует о снижении средней температуры поверхности Бетельгейзе, которую они количественно определяют в 200 К (или 200 °С).

"Однако, более вероятным является асимметричное распределение температуры", - объясняет соавтор Петер Скиклуна из Европейской южной обсерватории (ESO). "Соответствующие изображения с высоким разрешением Бетельгейзе от декабря 2019 года показало области различной яркости. Вместе с нашим результатом, это четкое свидетельство огромных звездных пятен, покрывающих между 50 и 70% видимой поверхности и имеющих более низкую температуру, чем более яркая фотосфера". Звездные пятна часто встречаются у гигантских звезд, но не в этом масштабе. Немного известно о их жизненном цикле. Однако расчеты теоретических моделей кажутся совместимыми с продолжительностью падения яркости Бетельгейзе.

Мы знаем из нашего Солнца, что количество пятен увеличивается и уменьшается за 11-летний цикл. Имеют ли звезды-гиганты подобный механизм, неизвестно. Свидетельством этого может быть предыдущий минимум яркости, который также был значительно выраженными чем в предыдущие годы. "Наблюдения в ближайшие годы покажут нам, как резкое снижение яркости Бетельгейзе связано с циклом пятен. В любом случае, Бетельгейзе останется увлекательным объектом для будущих исследований", - заключает Дхармавардена.

Читайте еще интересные факты о космосе.