Tajemnicza Betelgeza pokazana wyraźnie jak nigdy wcześniej. Dosłownie bulgocze

konto.spidersweb.pl 4 godzin temu

Tak wyraźnych zdjęć Betlegezy, ogromnej gwiazdy, która szykuje się do wybuchu, nigdy wcześniej nie widzieliśmy.

Betelgeza od lat należy do najbardziej charakterystycznych gwiazd widocznych na nocnym niebie. Ten czerwony nadolbrzym w gwiazdozbiorze Oriona jest tak ogromny, iż gdyby znalazł się w miejscu Słońca, jego zewnętrzne warstwy sięgałyby w okolice orbity Jowisza.

Teraz astronomowie pokazali jednak coś, czego nie widać podczas zwykłej obserwacji. Dzięki teleskopowi ALMA udało się zajrzeć w atmosferę Betelgezy z niezwykłą dokładnością i zobaczyć, iż jej powierzchnia jest daleka od spokojnej i regularnej. Wyniki badań zostały właśnie opublikowane.

Nowe obserwacje ujawniają nieregularny kształt gwiazdy, wyraźne gorące obszary oraz struktury związane prawdopodobnie z potężnymi ruchami gazu wewnątrz Betelgezy. Jedna z takich plam jest szczególnie interesująca, ponieważ wygląda na to, iż znajdowała się w podobnym miejscu już siedem lat wcześniej. To może oznaczać, iż astronomowie mają do czynienia ze strukturą znacznie trwalszą, niż przewidują obecne modele opisujące czerwone nadolbrzymy.

Betelgeza jest gigantyczna, ale dopiero ALMA pokazuje jej szczegóły

Betelgeza znajduje się około 600 lat świetlnych od Ziemi i jest jednym z najbliższych nam czerwonych nadolbrzymów. Jej promień jest około 800 razy większy od promienia Słońca. To właśnie ogromne rozmiary gwiazdy sprawiają, iż można próbować obserwować szczegóły jej atmosfery, które w przypadku większości innych gwiazd pozostają poza zasięgiem współczesnych instrumentów.

W badaniach wykorzystano sieć radioteleskopów ALMA, czyli Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, znajdującą się na pustyni Atakama w Chile. W 2023 r. instrument pracował w konfiguracji zapewniającej wyjątkowo wysoką rozdzielczość. Pozwoliło to uzyskać obraz struktur o rozmiarach kątowych sięgających około 7 milisekund łuku.

W astronomii jest to bardzo mała wartość. Dla porównania, oznacza to możliwość rozróżnienia szczegółów na tarczy Betelgezy, mimo iż gwiazda znajduje się setki lat świetlnych od Ziemi. ALMA nie fotografuje jej powierzchni w takim sensie, w jakim teleskop optyczny wykonuje zdjęcie odległego obiektu. Rejestruje promieniowanie na falach milimetrowych i submilimetrowych, dzięki czemu astronomowie mogą badać warstwy atmosfery gwiazdy.

Na powierzchni Betelgezy temperatura nie jest wszędzie taka sama

Obserwacje wskazują, iż średnia temperatura badanej części atmosfery Betelgezy wynosi około 2300 kelwinów, czyli mniej więcej 2000 stopni Celsjusza. To bardzo niska temperatura jak na powierzchnię gwiazdy, ale właśnie dlatego Betelgeza świeci na charakterystyczny czerwony kolor.

Nie jest to jednak jednolita warstwa gazu. Astronomowie dostrzegli co najmniej dwa znacznie cieplejsze obszary. Jeden znajduje się na północnym wschodzie tarczy gwiazdy, a drugi na południowym zachodzie. Najjaśniejsza z tych struktur może być choćby o około 800 kelwinów cieplejsza od otaczającego ją gazu.

Takie różnice temperatur mogą być śladem procesów zachodzących głęboko pod powierzchnią czerwonego nadolbrzyma. Betelgeza nie jest bowiem spokojną kulą gazu. W jej wnętrzu zachodzi intensywna konwekcja, podczas której ogromne ilości gorącej materii przemieszczają się ku zewnętrznym warstwom gwiazdy.

Gigantyczne bąble gorącego gazu poruszają się wewnątrz gwiazdy

W przypadku Słońca również mamy do czynienia z konwekcją. Gorący materiał unosi się z głębszych warstw, oddaje energię i opada z powrotem. W Betelgezie proces ten zachodzi jednak w zupełnie innej skali.

Czerwone nadolbrzymy mają bardzo rozległe i dynamiczne otoczki. Gorący gaz może przemieszczać się na ogromne odległości, a kiedy dociera do zewnętrznych warstw atmosfery, może generować fale uderzeniowe. Takie procesy mogą podgrzewać gaz i powodować powstawanie jasnych obszarów, które następnie rejestruje ALMA.

Nieregularna powierzchnia Betelgezy dobrze pasuje do tego obrazu. Jej pozorny promień zmienia się w różnych miejscach choćby o około 6 proc. To kilka w porównaniu z całkowitym rozmiarem gwiazdy, ale w przypadku obiektu o promieniu około 800 razy większym od Słońca oznacza to gigantyczne różnice w rzeczywistej skali.

Jedna gorąca plama zachowała się przez co najmniej siedem lat

Najbardziej interesującym wynikiem obserwacji jest jednak nie sama obecność gorących obszarów, ale ich trwałość. Naukowcy porównali nowe dane z obserwacjami Betelgezy wykonanymi przez ALMA w 2015 r.

Okazało się, iż charakterystyczna jasna struktura znajdująca się na północno-wschodniej części tarczy gwiazdy była widoczna również w starszych danych. Jej położenie i intensywność były zbliżone do tych obserwowanych w 2023 r.

To zaskoczyło badaczy. Wielkoskalowe struktury konwekcyjne w atmosferze czerwonego nadolbrzyma powinny według obecnych modeli zmieniać się stosunkowo szybko. o ile rzeczywiście ta sama struktura utrzymała się przez co najmniej siedem lat, oznacza to, iż nasze rozumienie procesów zachodzących w zewnętrznych warstwach Betelgezy może wymagać korekty.

ALMA pokazała również, iż atmosfera czerwonego nadolbrzyma jest znacznie bardziej skomplikowana niż jego widoczna tarcza. Słabsza emisja rozciąga się na odległość kilku promieni gwiazdy. W tych zewnętrznych obszarach astronomowie wykryli między innymi cząsteczki tlenku krzemu, znanego jako SiO, oraz tlenku węgla, czyli CO.

Ich rozmieszczenie nie jest regularne. Gaz tworzy skupiska i nieregularne struktury, które wskazują na bardzo dynamiczne procesy zachodzące wokół Betelgezy. Ma to znaczenie także dla zrozumienia tego, w jaki sposób czerwone nadolbrzymy tracą materię.

Czy za dziwną powierzchnię odpowiada także tajemniczy towarzysz?

Orientacja dwóch najważniejszych gorących obszarów jest dodatkowo interesująca w kontekście niedawnych badań sugerujących możliwość istnienia bliskiego towarzysza Betelgezy. Na tym etapie nie ma jednak podstaw, by stwierdzić, iż obserwowane przez ALMA struktury są z nim bezpośrednio związane.

To jeden z powodów, dla których kolejne obserwacje będą tak istotne. o ile gorące obszary rzeczywiście pozostają związane z konkretnymi miejscami na powierzchni gwiazdy, astronomowie będą mogli lepiej określić mechanizm odpowiedzialny za ich powstawanie. Pozwoli to również porównać obserwacje z modelami konwekcji i utraty materii przez czerwone nadolbrzymy.

Betelgeza jest przy tym obiektem szczególnym z jeszcze jednego powodu. Gwiazda znajduje się w końcowym etapie swojego życia i w przyszłości zakończy ewolucję jako supernowa. Nie wiadomo dokładnie, kiedy do tego dojdzie, ale astronomowie spodziewają się, iż nastąpi to w skali astronomicznej stosunkowo niedługo.

Zanim Betelgeza wybuchnie, chcemy zrozumieć, jak wygląda

Obserwowanie Betelgezy daje naukowcom rzadką możliwość badania gwiazdy znajdującej się tuż przed końcowym etapem swojej ewolucji. Jej ogromne rozmiary pozwalają zajrzeć w atmosferę z dużo większą dokładnością niż w przypadku większości innych gwiazd.

Nowe zdjęcie wykonane przez ALMA pokazuje więc coś więcej niż tylko niezwykły wygląd czerwonego nadolbrzyma. Jest zapisem procesów, które mogą decydować o tym, jak gwiazda traci masę i w jaki sposób przygotowuje się do swojego kosmicznego końca. A fakt, iż jedna z jej najważniejszych struktur może przetrwać znacznie dłużej, niż zakładają modele, sugeruje, iż Betelgeza przez cały czas ma przed astronomami kilka zagadek do rozwiązania.

Jej przyszły los jako supernowej sprawia, iż fascynujące jest poznanie tego, jak naprawdę wygląda teraz – podkreśla Bill Dent, astronom z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) i główny autor badań.

Dzięki kolejnym obserwacjom ALMA naukowcy będą mogli sprawdzić, czy tajemnicze gorące plamy rzeczywiście pozostają w tych samych miejscach, jak zmieniają się z czasem i czy mają związek z potężną konwekcją we wnętrzu Betelgezy. To właśnie takie szczegóły mogą pomóc odpowiedzieć na pytanie, co dzieje się z jedną z najbardziej znanych gwiazd nocnego nieba na długo przed jej ostatecznym wybuchem.

Idź do oryginalnego materiału