Dimming Betelgeuse är sannolikt inte kallt, bara dammigt, ny studie visar

nyheter | forskning | vetenskap

Mars 6, 2020

observationer av stjärnan Betelgeuse som togs av ESO: s Very Large Telescope i januari och December 2019, vilket visar stjärnans betydande dimning.ESO / M. Montarg U. S. et al.

i slutet av förra året bröt nyheten att stjärnan Betelgeuse bleknade signifikant och slutligen sjönk till cirka 40% av sin vanliga ljusstyrka. Aktiviteten drev populära spekulationer om att den röda superjätten snart skulle explodera som en massiv supernova.

men astronomer har mer godartade teorier för att förklara stjärnans dimningsbeteende. Och forskare vid University of Washington och Lowell Observatory tror att de har stöd för en av dem: Betelgeuse dämpar inte eftersom det håller på att explodera — det är bara dammigt.

i en uppsats accepterad till Astrophysical Journal Letters och publicerad på preprint-webbplatsen arXiv, Emily Levesque, en uw-docent i astronomi och Philip Massey, en astronom med Lowell Observatory, rapporterar att observationer av Betelgeuse tagit Feb. 14 Vid Flagstaff, Arizona, tillät observatoriet dem att beräkna stjärnans genomsnittliga yttemperatur. De upptäckte att Betelgeuse är betydligt varmare än väntat om den senaste dimningen orsakades av en kylning av stjärnans yta.

de nya beräkningarna ger stöd till teorin att Betelgeuse — som många Röda supergigantiska stjärnor är benägna att göra-sannolikt har sloughed av något material från dess yttre lager.

en synlig ljusbild av VY Canis Majoris, en röd superjättestjärna som till stor del döljs av damm, tagen 2005.NASA / ESA / R. Humphreys / University of Minnesota

” Vi ser det hela tiden i röda supergiants, och det är en normal del av deras livscykel”, säger Levesque. ”Röda superjättar kommer ibland att kasta material från sina ytor, vilket kommer att kondensera runt stjärnan som damm. När det svalnar och försvinner kommer dammkornen att absorbera en del av ljuset mot oss och blockera vår syn.”

det är fortfarande sant: astronomer förväntar sig att Betelgeuse exploderar som en supernova inom de närmaste 100 000 åren när dess kärna kollapsar. Men stjärnans dimning, som började i oktober, var inte nödvändigtvis ett tecken på en överhängande supernova, enligt Massey.

en teori var att nybildat damm absorberade en del av Betelgeuse ljus. En annan ansåg att stora konvektionsceller inom Betelgeuse hade dragit hett material upp till ytan, där det hade svalnat innan det föll tillbaka in i interiören.

”ett enkelt sätt att berätta mellan dessa möjligheter är att bestämma den effektiva yttemperaturen hos Betelgeuse”, säger Massey.

att mäta en stjärnas temperatur är ingen enkel uppgift. Forskare kan inte bara peka en termometer mot en stjärna och få en läsning. Men genom att titta på spektrumet av ljus som kommer från en stjärna kan astronomer beräkna dess temperatur.”Emily och jag hade varit i kontakt med Betelgeuse, och vi var båda överens om att det uppenbara att göra var att få ett spektrum,” sa Massey. ”Jag hade redan observerat tid planerad på 4,3 meter Lowell Discovery Telescope, och jag visste att om jag spelade lite skulle jag kunna få ett bra spektrum trots att Betelgeuse fortfarande var en av de ljusaste stjärnorna på himlen.”ljuset från ljusa stjärnor är ofta för starkt för ett detaljerat spektrum, men Massey använde ett filter som effektivt ”dämpade” signalen så att de kunde bryta spektrumet för en viss signatur: absorptionen av ljus av molekyler av titanoxid.

titanoxid kan bildas och ackumuleras i de övre skikten av stora, relativt coola stjärnor som Betelgeuse, enligt Levesque. Det absorberar vissa våglängder av ljus, lämnar telltale” skopor ” i spektrumet av röda supergiants som forskare kan använda för att bestämma stjärnans yttemperatur.

genom sina beräkningar, Betelgeuse genomsnittliga yttemperatur på Februari. 14 var cirka 3 325 grader Celsius, eller 6 017 F. Det är bara 50-100 grader Celsius svalare än temperaturen som ett lag — inklusive Massey och Levesque — hade beräknat som Betelgeuse yttemperatur 2004, år innan dess dramatiska dimning började.

dessa fynd tvivlar på att Betelgeuse dämpar eftersom en av stjärnans massiva konvektionsceller hade fört varm gas från insidan till ytan, där den hade svalnat. Många stjärnor har dessa konvektionsceller, inklusive vår egen sol. De liknar ytan på en kruka med kokande vatten, sa Levesque. Men medan konvektionscellerna på vår sol är många och relativt små — ungefär storleken på Texas eller Mexiko — röda supergiants som Betelgeuse, som är större, svalare och har svagare gravitation, sportar bara tre eller fyra massiva konvektionsceller som sträcker sig över mycket av sina ytor.

en simulering av jätte konvektionsceller på en hypotetisk röd superjättestjärna.Bernd Freytag / Uppsala universitet

om en av dessa massiva celler hade stigit till Betelgeuse yta skulle Levesque och Massey ha registrerat en väsentligt större temperaturminskning än vad de ser mellan 2004 och 2020.

en bild av Betelgeuse som fångades 2017 av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, som visar sannolika konvektionsceller vid ytan.ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/E. O ’ Gorman / P. Kervella

”en jämförelse med vårt 2004-spektrum visade omedelbart att temperaturen inte hade förändrats signifikant”, säger Massey. ”Vi visste att svaret måste vara damm.”

astronomer har observerat moln av damm runt andra röda superjättar, och ytterligare observationer kan avslöja liknande röran runt Betelgeuse.

under de senaste veckorna har Betelgeuse faktiskt börjat lysa igen, om än något. Även om den senaste dimningen inte var en indikation på att stjärnan snart skulle explodera, till Levesque och Massey, är det ingen anledning att sluta titta.

”röda superjättar är mycket dynamiska stjärnor”, säger Levesque. ”Ju mer vi kan lära oss om deras normala beteende-temperaturfluktuationer, damm, konvektionsceller — desto bättre kan vi förstå dem och känna igen när något riktigt unikt, som en supernova, kan hända.”

forskningen finansierades av bidrag till Lowell Observatory, Research Corporation for Scientific Advancement och National Science Foundation.

För mer information, kontakta Levesque på [email protected] och Massey på [email protected].

tagg (er): astronomi & astrofysik * Konsthögskolan & vetenskap * Institutionen för astronomi * Emily Levesque