Beteigeuze zu dimmen ist wahrscheinlich nicht kalt, nur staubig, neue Studie zeigt

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6. März 2020

Beobachtungen des Sterns Beteigeuze mit dem Very Large Telescope der ESO im Januar und Dezember 2019, die die erhebliche Verdunkelung des Sterns zeigen.ESO/M. Montargès et al.

Ende letzten Jahres wurde bekannt, dass der Stern Beteigeuze deutlich verblasste und letztendlich auf etwa 40% seiner üblichen Helligkeit zurückging. Die Aktivität schürte populäre Spekulationen, dass der rote Überriese bald als massive Supernova explodieren würde.

Aber Astronomen haben gutartigere Theorien, um das Dimmverhalten des Sterns zu erklären. Und Wissenschaftler der University of Washington und des Lowell Observatory glauben, dass sie Unterstützung für einen von ihnen haben: Beteigeuze dimmt nicht, weil es kurz vor der Explosion steht — es ist nur staubig.In einem Artikel, der in Astrophysical Journal Letters veröffentlicht und auf der Preprint-Site arXiv veröffentlicht wurde, berichten Emily Levesque, eine außerordentliche Professorin für Astronomie an der UW, und Philip Massey, ein Astronom am Lowell Observatory, dass Beobachtungen von Beteigeuze vom Feb. 14 am Flagstaff, Arizona, Observatorium erlaubt ihnen, die durchschnittliche Oberflächentemperatur des Sterns zu berechnen. Sie entdeckten, dass Beteigeuze deutlich wärmer ist als erwartet, wenn die jüngste Verdunkelung durch eine Abkühlung der Sternoberfläche verursacht würde.Die neuen Berechnungen stützen die Theorie, dass Beteigeuze — wie viele rote Überriesensterne dazu neigen – wahrscheinlich etwas Material von seinen äußeren Schichten abgezogen hat.

Ein Bild von VY Canis Majoris, einem roten Überriesenstern, der weitgehend von Staub verdeckt wird, aufgenommen im Jahr 2005.NASA/ESA/R. Humphreys / University of Minnesota

„Wir sehen das die ganze Zeit in roten Überriesen, und es ist ein normaler Teil ihres Lebenszyklus“, sagte Levesque. „Rote Überriesen werfen gelegentlich Material von ihren Oberflächen ab, das sich als Staub um den Stern verdichtet. Wenn es abkühlt und sich zerstreut, absorbieren die Staubkörner einen Teil des Lichts, das auf uns zukommt, und blockieren unsere Sicht.“Es ist immer noch wahr: Astronomen erwarten, dass Beteigeuze innerhalb der nächsten 100.000 Jahre als Supernova explodieren wird, wenn ihr Kern zusammenbricht. Aber die Verdunkelung des Sterns, die im Oktober begann, war laut Massey nicht unbedingt ein Zeichen für eine bevorstehende Supernova.Eine Theorie war, dass neu gebildeter Staub etwas von Beteigeuzes Licht absorbierte. Ein anderer postulierte, dass riesige Konvektionszellen innerhalb von Beteigeuze heißes Material an seine Oberfläche gezogen hatten, wo es abgekühlt war, bevor es zurück ins Innere fiel.“Eine einfache Möglichkeit, zwischen diesen Möglichkeiten zu unterscheiden, besteht darin, die effektive Oberflächentemperatur von Beteigeuze zu bestimmen“, sagte Massey.

Die Temperatur eines Sterns zu messen, ist keine einfache Aufgabe. Wissenschaftler können nicht einfach ein Thermometer auf einen Stern richten und einen Messwert erhalten. Aber indem sie das Spektrum des Lichts betrachten, das von einem Stern ausgeht, können Astronomen seine Temperatur berechnen.“Emily und ich hatten wegen Beteigeuze Kontakt, und wir waren uns beide einig, dass es naheliegend war, ein Spektrum zu bekommen“, sagte Massey. „Ich hatte bereits Beobachtungszeit auf dem 4,3-Meter-Lowell Discovery-Teleskop geplant, und ich wusste, wenn ich ein bisschen herumspielen würde, würde ich in der Lage sein, ein gutes Spektrum zu bekommen, obwohl Beteigeuze immer noch einer der hellsten Sterne am Himmel ist.“Das Licht von hellen Sternen ist oft zu stark für ein detailliertes Spektrum, aber Massey verwendete einen Filter, der das Signal effektiv „dämpfte“, so dass sie das Spektrum für eine bestimmte Signatur abbauen konnten: die Absorption von Licht durch Moleküle von Titanoxid.

Titanoxid kann sich laut Levesque in den oberen Schichten großer, relativ kühler Sterne wie Beteigeuze bilden und ansammeln. Es absorbiert bestimmte Wellenlängen des Lichts und hinterlässt verräterische „Schaufeln“ im Spektrum der roten Überriesen, mit denen Wissenschaftler die Oberflächentemperatur des Sterns bestimmen können.

Nach ihren Berechnungen ist die durchschnittliche Oberflächentemperatur von Beteigeuze am Feb. 14 war ungefähr 3.325 Grad Celsius oder 6.017 F. Das ist nur 50-100 Grad Celsius kühler als die Temperatur, die ein Team — einschließlich Massey und Levesque — als Beteigeuzes Oberflächentemperatur im Jahr 2004 berechnet hatte, Jahre bevor seine dramatische Verdunkelung begann.Diese Ergebnisse lassen Zweifel daran aufkommen, dass Beteigeuze dimmt, weil eine der massereichen Konvektionszellen des Sterns heißes Gas aus dem Inneren an die Oberfläche gebracht hatte, wo es abgekühlt war. Viele Sterne haben diese Konvektionszellen, einschließlich unserer eigenen Sonne. Sie ähneln der Oberfläche eines Topfes mit kochendem Wasser, sagte Levesque. Aber während die Konvektionszellen auf unserer Sonne zahlreich und relativ klein sind – ungefähr so groß wie Texas oder Mexiko —, tragen rote Überriesen wie Beteigeuze, die größer, kühler und schwächer gravitativ sind, nur drei oder vier massive Konvektionszellen, die sich über einen Großteil ihrer Oberflächen erstrecken.

Eine Simulation riesiger Konvektionszellen auf einem hypothetischen roten Überriesenstern.Bernd Freytag / Universität Uppsala

Wenn eine dieser massiven Zellen auf die Oberfläche von Beteigeuze aufgestiegen wäre, hätten Levesque und Massey einen wesentlich stärkeren Temperaturabfall registriert als zwischen 2004 und 2020.

„Ein Vergleich mit unserem Spektrum von 2004 zeigte sofort, dass sich die Temperatur nicht signifikant verändert hatte“, sagte Massey. „Wir wussten, dass die Antwort Staub sein musste.“Astronomen haben Staubwolken um andere rote Überriesen beobachtet, und zusätzliche Beobachtungen könnten ähnliche Unordnung um Beteigeuze aufdecken.

In den letzten Wochen hat Beteigeuze tatsächlich wieder aufgehellt, wenn auch leicht. Selbst wenn die jüngste Verdunkelung kein Hinweis darauf war, dass der Stern bald explodieren würde, ist das für Levesque und Massey kein Grund, nicht mehr hinzuschauen.“Rote Überriesen sind sehr dynamische Sterne“, sagte Levesque. „Je mehr wir über ihr normales Verhalten lernen können – Temperaturschwankungen, Staub, Konvektionszellen — desto besser können wir sie verstehen und erkennen, wann etwas wirklich Einzigartiges wie eine Supernova passieren könnte.“Die Forschung wurde durch Zuschüsse an das Lowell Observatory, die Research Corporation for Scientific Advancement und die National Science Foundation finanziert.

Für weitere Informationen kontaktieren Sie Levesque unter [email protected] und Massey bei [email protected] .

Tag(s): astronomie & Astrophysik • Hochschule der Künste & Wissenschaften • Abteilung für Astronomie • Emily Levesque