Kæmpestjernepletter er sandsynligvis årsag til Betelgeuse-dæmpning

Betelgeuse, den klare stjerne i stjernebilledet Orion, har fascineret astronomer i de seneste måneder på grund af dets usædvanligt kraftige fald i lysstyrke. Forskere har diskuteret en række scenarier i forsøget på at forklare dens adfærd. Nu har et hold ledet af Thavisha Dharmawardena fra Max Planck Institute for Astronomy vist, at usædvanligt store stjernepletter på overfladen af ​​Betelgeuse højst sandsynligt har forårsaget dæmpningen. Deres resultater udelukker den tidligere formodning om, at det var støv, for nylig udstødt af Betelgeuse, som tilslørede stjernen.

Røde kæmpestjerner som Betelgeuse gennemgår hyppige lysstyrkevariationer. Imidlertid, det slående fald i Betelgeuses lysstyrke til omkring 40 % af dens normale værdi mellem oktober 2019 og april 2020 kom som en overraskelse for astronomerne. Forskere har udviklet forskellige scenarier for at forklare denne ændring i stjernens lysstyrke, som er synlig med det blotte øje og næsten 500 lysår væk. Nogle astronomer spekulerede endda om en forestående supernova. Et internationalt hold af astronomer ledet af Thavisha Dharmawardena fra Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg har nu påvist, at temperaturvariationer i fotosfæren, dvs. stjernens lysende overflade, fik lysstyrken til at falde. Den mest plausible kilde til sådanne temperaturændringer er gigantiske kølige stjernepletter, ligner solpletter, hvilken, imidlertid, dække 50 til 70 % af stjernens overflade.

"Mod slutningen af ​​deres liv, stjerner bliver røde kæmper, " Dharmawardena forklarer. "Når deres brændstofforsyning løber tør, processerne ændres, hvorved stjernerne frigiver energi." Som et resultat, de svulmer op, bliver ustabil og pulserer med perioder på hundreder eller endda tusinder af dage, hvilket vi ser som et udsving i lysstyrken. Betelgeuse er en såkaldt Red Supergiant, en stjerne, som sammenlignet med vores sol, er omkring 20 mere massiv og omkring 1000 gange større. Hvis det placeres i midten af ​​solsystemet, den ville næsten nå Jupiters bane.

På grund af sin størrelse, tyngdekraften på stjernens overflade er mindre end på en stjerne med samme masse, men med en mindre radius. Derfor, pulseringer kan relativt let udstøde de ydre lag af en sådan stjerne. Den frigivne gas afkøles og udvikler sig til forbindelser, som astronomerne kalder støv. Dette er grunden til, at røde kæmpestjerner er en vigtig kilde til tunge grundstoffer i universet, hvorfra planeter og levende organismer til sidst udvikler sig. Astronomer har tidligere betragtet produktionen af ​​lysabsorberende støv som den mest sandsynlige årsag til det stejle fald i lysstyrken.

For at teste denne hypotese, Thavisha Dharmawardena og hendes samarbejdspartnere evaluerede nye og arkivdata fra Atacama Pathfinder Experiment (APEX) og James Clerk Maxwell-teleskopet (JCMT). Disse teleskoper måler stråling fra det spektrale område af submillimeterbølger (terahertz-stråling), hvis bølgelængde er tusind gange større end synligt lys. Usynlig for øjet, astronomer har brugt dem i nogen tid til at studere interstellart støv. Især køligt støv gløder ved disse bølgelængder.

"Det, der overraskede os, var, at Betelgeuse blev 20 % mørkere selv i submillimeterbølgeområdet, " rapporterer Steve Mairs fra det østasiatiske observatorium, der har samarbejdet om undersøgelsen. Erfaring viser, at en sådan adfærd ikke er forenelig med tilstedeværelsen af ​​støv. For en mere præcis vurdering, hun og hendes samarbejdspartnere beregnede, hvilken indflydelse støv ville have på målinger i dette spektrale område. Det viste sig, at en reduktion i lysstyrken i submillimeterområdet faktisk ikke kan tilskrives en stigning i støvproduktionen. I stedet, stjernen må selv have forårsaget den lysstyrkeændring, astronomerne målte.

Fysiske love fortæller os, at en stjernes lysstyrke afhænger af dens diameter og især af dens overfladetemperatur. Hvis kun stjernens størrelse mindskes, lysstyrken aftager lige meget i alle bølgelængder. Imidlertid, temperaturændringer påvirker strålingen udsendt langs det elektromagnetiske spektrum forskelligt. Ifølge forskerne, den målte formørkelse i synligt lys og submillimeterbølger er derfor tegn på en reduktion i den gennemsnitlige overfladetemperatur på Betelgeuse, som de kvantificerer ved 200 K (eller 200 °C).

"Imidlertid, en asymmetrisk temperaturfordeling er mere sandsynlig, " forklarer medforfatter Peter Scicluna fra European Southern Observatory (ESO). "Tilsvarende billeder i høj opløsning af Betelgeuse fra december 2019 viser områder med varierende lysstyrke. Sammen med vores resultat, dette er en klar indikation af enorme stjernepletter, der dækker mellem 50 og 70 % af den synlige overflade og har en lavere temperatur end den lysere fotosfære." Stjernepletter er almindelige i kæmpestjerner, men ikke i denne skala. Der vides ikke meget om deres levetid. Imidlertid, teoretiske modelberegninger synes at være kompatible med varigheden af ​​Betelgeuses dyk i lysstyrke.

Vi ved fra solen, at mængden af ​​pletter stiger og falder i en 11-årig cyklus. Om kæmpestjerner har en lignende mekanisme er usikkert. En indikation for dette kunne være den tidligere lysstyrke minimum, hvilket også var meget mere udtalt end tidligere år. "Observationer i de kommende år vil fortælle os, om det kraftige fald i Betelgeuses lysstyrke er relateret til en pletcyklus. Under alle omstændigheder, Betelgeuse vil forblive et spændende objekt for fremtidige studier, " slutter Dharmawardena.