Причиною затемнення Бетельгейзе можуть бути гігантські зоряні плями

Причиною незвично сильного зниження яскравості Бетельгейзе, що спостерігається останнім часом, можуть бути незвичайно великі зіркові плями на її поверхні, а не викинутий зіркою пил.

До такого висновку дійшла команда вчених на чолі з Тавішею Дхармаварденою з Інституту астрономії Макса Планка в Гейдельберзі, йдеться в прес-релізі Товариства ім. Макса Планка

Зірки-червоні гіганти, такі як Бетельгейзе, зазнають частих коливань яскравості. Однак, вражаюче падіння освітленості Бетельгейзе приблизно до 40% від його нормального значення між жовтнем 2019 року та квітнем 2020 року стало несподіванкою для астрономів. Вчені розробили різні сценарії, щоб пояснити цю зміну яскравості зірки, яка видна неозброєним оком і знаходиться майже за 500 світлових років. Деякі астрономи навіть міркували про неминуче утворення наднової. Міжнародна команда астрономів під керівництвом Тавіши Дхармавардени з Інституту астрономії Макса Планка тепер продемонструвала, що до падіння яскравості призвели перепади температури у фотосфері, тобто світимій поверхні зірки. Найбільш правдоподібним джерелом таких температурних змін є гігантські прохолодні зіркові плями, схожі на сонячні плями, які, однак, покривають від 50 до 70% поверхні зірки.

"Наприкінці свого життя зірки стають червоними гігантами", - пояснює Дармавардена. "По мірі того, як закінчується запас їх палива, змінюються процеси, завдяки яким зірки вивільняють енергію". В результаті вони роздуваються, стають нестабільними і пульсують з періодами у сотні, а то й тисячі днів, що ми бачимо як коливання яскравості. Бетельгейзе - це так званий Червоний Супергігант, зірка, яка порівняно з нашим сонцем приблизно на 20 масивніша і приблизно у 1000 разів більша. Якщо б її розмістити в центрі Сонячної системи, вона б майже досягла орбіти Юпітера.

Через свої розміри, гравітаційне тяжіння на поверхні зірки менше, ніж на зірці тієї ж маси, але з меншим радіусом. Тому пульсації порівняно легко можуть викидати зовнішні шари такої зірки. Вивільнений газ охолоджується і перетворюється на сполуки, які астрономи називають пилом. Ось чому зірки-червоні гіганти є важливим джерелом важких елементів у Всесвіті, з яких у кінцевому підсумку розвиваються планети та живі організми. Раніше астрономи розглядали утворення світлопоглинаючого пилу як найбільш ймовірну причину різкого зниження яскравості.

Щоб перевірити це припущення, Тавіша Дхармавардена та її колеги обробили нові та архівні дані Експерименту Атакамський слідопит (APEX) та Телескопа Джеймса Клерка Максвелла (JCMT). Ці телескопи вимірюють випромінювання у спектральному діапазоні субміліметрових хвиль (терагерцеве випромінювання), довжина хвилі якого у тисячу разів більша, ніж у видимого світла. Невидимі для ока, астрономи вже певний час використовують їх для вивчення міжзоряного пилу. Охолоджений пил, зокрема, світиться на цих довжинах хвиль.

"Що нас здивувало, це те, що Бетельгейзе стала на 20% темніше навіть у субміліметровому діапазоні хвиль", - повідомляє Стів Мейрс зі Східноазіатської обсерваторії, який співпрацював у дослідженні. Досвід показує, що така поведінка не сумісна з наявністю пилу. Для більш точної оцінки вона та її співробітники підрахували, який вплив матиме пил на вимірювання в цьому спектральному діапазоні. З′ясувалося, що, дійсно, зменшення яскравості в субміліметровому діапазоні не може бути пов’язане із збільшенням обсягів пилоутворення. Натомість, сама зірка повинна була спричинити зміну яскравості, виміряну астрономами.

Фізичні закони говорять про те, що світність зірки залежить від її діаметру й особливо від температури поверхні. Якщо зменшується лише розмір зірки, то світність зменшується однаково на всіх довжинах хвиль. Однак, зміни температури по-різному впливають на випромінювання, що випускається по електромагнітному спектру. На думку вчених, вимірюване потемніння у видимому світлі та субміліметрових хвилях є свідченням зниження середньої температури поверхні Бетельгейзе, яку вони кількісно визначають у 200 К (або 200 °С).

"Однак, є більш імовірним асиметричний розподіл температури", - пояснює співавтор Петер Скіклуна з Європейської південної обсерваторії (ESO). "Відповідні зображення з високою роздільною здатністю Бетельгейзе від грудня 2019 року показало області різної яскравості. Разом з нашим результатом, це чітке свідчення величезних зіркових плям, що покривають між 50 і 70% видимої поверхні та мають нижчу температуру, ніж більш яскрава фотосфера." Зоряні плями часто зустрічаються у гігантських зірок, але не в цьому масштабі. Небагато відомо про їх життєвий цикл. Однак розрахунки теоретичних моделей здаються сумісними з тривалістю падіння яскравості Бетельгейзе.

Ми знаємо з нашого Сонця, що кількість плям збільшується і зменшується за 11-річний цикл. Чи мають зірки-гіганти подібний механізм, невідомо. Свідченням цього може бути попередній мінімум яскравості, який також був значно вираженішим, ніж у попередні роки. "Спостереження в найближчі роки покажуть нам, чи різке зниження яскравості Бетельгейзе пов′язане з циклом плям. У будь-якому випадку, Бетельгейзе залишиться захоплюючим об′єктом для майбутніх досліджень", - підсумовує Дхармавардена.

Читайте ще цікаві факти про космос.