Таинственное затмение Бетельгейзе было вызвано травматическим всплеском, установил Хаббл

Наблюдения с помощью космического телескопа Хаббла показывают, что неожиданное затмение сверхгигантской звезды Бетельгейзе, скорее всего, было вызвано огромным количеством горячего материала, выброшенного в космос с образованием пылевого облака, блокировавшего свет с поверхности Бетельгейзе.

Исследователи Хаббла предполагают, что облако пыли, которое образовалась при высвобождении сверхгорячей плазмы после наращивания большой конвекционной ячейки на поверхности звезды, прошла через горячую атмосферу в более холодные внешние слои, где оно остыло и в результате образовались зерна пыли. Пылевое облако блокировало свет примерно с четверти поверхности звезды, начиная с конца 2019 года. К апрелю 2020 года звезда вернулась к нормальной яркости, рассказывают в НАСА.

Бетельгейзе – стареющая красная звезда-сверхигант. Она разбухла благодаря сложным эволюционирующим изменениям, происходящим в термоядерной печи в ее ядре. Сейчас звезда настолько огромна, что если бы она заменила Солнце в центре нашей Солнечной системы, то бы ее внешняя поверхность протянулась бы мимо орбиты Юпитера.

Беспрецедентный феномен большого затмения Бетельгейзе, который в итоге стал заметным даже невооруженным глазом, начался в октябре 2019 года. К середине февраля 2020-го звезда-монстр потеряла более двух третей своей яркости.

Это внезапное затмение озадачило астрономов, и они пытались разработать несколько теорий резкого изменения. Одно из предложенных объяснений заключалось в том, что широкий участок видимой поверхности Бетельгейзе покрывало огромное, холодное и темное "звездное пятно". Но наблюдения Хаббла под руководством Андреа Дюпре, помощника директора Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (Кембридж, штат Массачусетс), в качестве объяснения этого явления предложили пылевое облако, покрывающее часть звезды.

Несколько месяцев ультрафиолетовых спектроскопических наблюдений, проведенных Хабблом, начиная с января 2019 года, предоставили хронологию того, как происходило затмение. Эти наблюдения дают важные новые подсказки относительно механизма, стоящего за затмением.

Хаббл зафиксировал признаки плотного, нагретого материала, который двигался сквозь атмосферу звезды в сентябре, октябре и ноябре 2019 года. Затем, в декабре, несколько наземных телескопов наблюдали уменьшение яркости звезды в ее южном полушарии.

"С помощью Хаббла мы видим материал, как он покидает видимую поверхность звезды и выходит через атмосферу, прежде чем образуется пыль, которая привела к тому, что звезда потускнела", - говорит Дюпре. "Мы могли видеть эффект плотной, горячей области в юго-восточной части звезды, которая движется наружу."

"Этот материал был в два-четыре раза более ярким, чем нормальная яркость звезды", - продолжает она. "И тогда, примерно через месяц, южная часть Бетельгейзе заметно потемнела, по мере того, как росла тусклость звезды. Мы считаем возможным, что темная туча возникла в результате оттока, обнаруженного Хабблом. Только Хаббл дает нам свидетельство о том, что привело к затмению".

Результаты исследования команды ученых были опубликованном 13 августа в "The Astrophysical Journal".

Массивные сверхгигантский звезды, как Бетельгейзе, важны, поскольку они выбрасывают в космос тяжелые элементы, такие как углерод, которые становятся составной частью новых поколений звезд. Углерод также является основным ингредиентом жизни в том виде, каком мы его знаем.

Отслеживание травматического всплеска

Для анализа звезды-бегемота команда Дюпре начала использовать Хаббл в начале прошлого года. Их наблюдения является частью трехлетнего исследования Хаббла по мониторингу изменений во внешней атмосфере звезды. Бетельгейзе - это переменная звезда, которая расширяется и сжимается, становясь светлее и темнее, в течение 420-дневного цикла.

Чувствительность Хаббла к ультрафиолетовому свету позволила исследователям прозондировать слои над поверхностью звезды, настолько горячими - более 11 000 градусов по Цельсию - что их невозможно обнаружить на видимых длинах волн. Эти слои частично нагреваются турбулентными конвекционными ячейками звезды, которые выпузиривают к поверхности.

Спектры Хаббла, взятые в начале и в конце 2019 года, а также в 2020 году, зондировали внешнюю атмосферу звезды, измеряя линии магния II (одноионизованого магния). В период с сентября по ноябрь 2019-го исследователи измеряли материал, который двигался от поверхности звезды в ее внешнюю атмосферу со скоростью примерно 321 000 км в час.

Этот горячий, плотный материал продолжал путешествие за пределы видимой поверхности Бетельгейзе, достигая миллионов километров от кипящей звезды. По словам исследователей, на этом расстоянии материал достаточно остыл, чтобы образовалась пыль.

Такая интерпретация согласуется с наблюдениями Хаббла в ультрафиолетовом свете в феврале 2020 года, которые показали, что поведение внешней атмосферы звезды вернулось в нормальное состояние, хотя изображения в видимом свете показали, что она все еще тускнеет.

Хотя Дюпре не знает причины всплеска, она считает, что этому способствовал пульсационный цикл звезды, который, несмотря на событие, продолжался нормально, как это было зафиксировано наблюдениями в видимом свете. Соавтор статьи Клаус Страссмейер из Потсдамского института астрофизики им. Лейбница использовал институтский автоматизированный телескоп под названием STELLar Activity (STELLA) для измерения изменений скорости газа на поверхности звезды во время вздутия и обрушения в пульсационном цикле. Звезда расширялась в своем цикле одновременно с поднятием конвекционной ячейки. Пульсация, которая шла наружу Бетельгейзе, возможно, помогла выпустить через атмосферу вытекающую плазму.

Дюпре подсчитала, что за три месяца вспышки с южного полушария было потеряно материала, примерно в два раза больше нормального количества. Бетельгейзе, как и все звезды, все время теряет массу, в данном случае со скоростью в 30 млн раз большей, чем наше Солнце.

Бетельгейзе настолько близко находится к Земле и настолько велик, что Хаббл смог разгадать особенности поверхности - что делает его единственной такой звездой, кроме нашего Солнца, где можно увидеть детали поверхности.

Изображение Хаббла, сделанные Дюпре в 1995 году, впервые обнаружили пятнистую поверхность, содержащую массивные конвекционные ячейки, которые сжимаются и отекают, что приводит к их потемнению и осветлению.

Предвестник сверхновой?

Красному сверхгигант суждено закончить свою жизнь взрывом сверхновой. Некоторые астрономы считают, что внезапное затмение может быть событием перед сверхновой. Звезда находится относительно рядом, около 725 световых лет от нас, а это значит, что затмение произошло бы около 1300 года. Но ее свет как раз сейчас достигает Земли.

"Никто не знает, что делает звезда вплоть до того, как она станет сверхновой, потому что это никогда не наблюдали", - объясняет Дюпре. "Астрономы отобрали звезды, которым, возможно, еще год до того, как они станут сверхновыми, но не несколько дней или недель до того, как это произошло. Но шансы того, что вскоре звезда станет сверхновой, достаточно небольшие".

Дюпре получит еще один шанс наблюдать за звездой с помощью Хаббла в конце августа или в начале сентября. Сейчас Бетельгейзе находится в дневном небе, слишком близко к Солнцу для наблюдений с Хаббла. Но Обсерватория солнечно-наземных отношений НАСА (STEREO) сняла изображения звезды-монстра из космоса. Эти наблюдения показывают, что Бетельгейзе снова потускнел с середины мая до середины июля, хотя и не так резко, как ранее в этом году.

Дюпре надеется использовать STEREO для дальнейших наблюдений за яркостью Бетельгейзе. Ее план состоит в том, чтобы снова наблюдать за Бетельгейзе в следующем году вместе со STEREO, когда звезда снова расширится в своем цикле, чтобы увидеть, не произойдет ли еще одна дерзкая вспышка.

Читайте еще интересные факты о космосе.