Brug af gamle observationer til at klassificere stjerner

Stjerner udvikler sig normalt ikke hurtigt nok til, at mennesker kan bemærke, at de ændrer sig inden for en levetid. Selv hundrede liv duer ikke – astronomiske processer er bare for langsomme. Men ikke altid. Der er nogle faser af stjernernes udvikling, der sker hurtigt, og når de gør det, kan de spores. Et nyt papir udsendt til ArXiv i sidste uge bruger astronomiske observationer fundet i antikke romerske tekster, middelalderlige astronomiske logfiler og manuskripter fra Kinas Han-dynasti til at spore den seneste udvikling af adskillige klare stjerner, herunder den røde supergigant Antares og Betelgeuse:en af ​​de mest dynamiske stjerner på vores himmel. Med observationer fra hele den historiske optegnelse antyder papiret, at Betelgeuse for nylig kan have passeret gennem Hertzsprung-gabet, overgangsfasen mellem en hovedsekvensstjerne og dens nuværende klassificering som en rød supergigant.

Hvis du skulle undersøge alle stjernerne på nattehimlen for deres farve og lysstyrke, ville du se, at de fleste stjerner falder inden for et distinkt mønster kendt som hovedsekvensen (den brintbrændende fase af en stjernes liv), med et mindre antal af stjerner, der falder inden for en anden kategori af giganter (døende stjerner, der har brugt al brint i deres kerne). At opmåle stjerner på denne måde og plotte dem på en graf kaldes et Hertzsprung-Russell-diagram, og det er et nyttigt værktøj til at forstå stjernernes udvikling. Et af diagrammets nøgletræk er et tydeligt mellemrum mellem hovedsekvensen og gigantiske stjerner, kendt som Hertzsprung-gabet. Dette hul betyder egentlig ikke, at stjerner ikke eksisterer inden for det hul - men snarere at stjerner ikke bliver der ret længe. Det er en overgangsfase, som kan krydses om et par tusinde år, hvilket betyder, at det er sjældent at fange en stjerne midt i fasen - deraf hullet i diagrammet.

Med held kunne denne kortvarige overgangsfase teoretisk set observeres inden for menneskehedens skriftlige historiske optegnelse for et hvilket som helst antal stjerner.

Nøglekandidaterne til en sådan undersøgelse er lyse, nærliggende røde supergigantiske stjerner, der er synlige for det blotte øje - hvilket betyder, at de kunne være blevet observeret og studeret før moderne teleskoplinser. Nogle ideelle eksempler inkluderer Antares, en variabel rød superkæmpe i stjernebilledet Scorpius, og Betelgeuse (den højre skulder af Orion), en cirka 10 millioner år gammel stjerne, der ikke længere brænder brint i sin kerne. Betelgeuse nærmer sig slutningen af ​​sit liv, forventes at eksplodere i en dramatisk supernova engang inden for de næste 100.000 år (astronomisk set er det ikke særlig lang tid).

Det meste af vores viden om disse stjerner kommer fra moderne observationer. Moderne fjernmålingsteknikker er dog ikke perfekte, og det er værdifuldt at have flere overflødige metoder til at beregne faser af stjernernes udvikling. Den historiske optegnelse kan derfor hjælpe med at bekræfte eller begrænse den moderne astrofysiks forudsigelser.

Det historiske bevis:Betelgeuse i overgang og en uforanderlig Antares

En nøglemarkør for overgangen over Hertzsprung-gabet er en ændring i farve mod den rødlige ende af spektret. Som sådan ville historiske beskrivelser af Betelgeuse eller Antares, der angiver andet end rødt, antyde en nylig overgang.

Du kan være tilbøjelig til at afvise historiske tekster som potentielt vildledende eller unøjagtige - desuden er en vag beskrivelse af en stjerne som 'rødlig' ikke særlig videnskabeligt nyttig efter nutidens standarder. Men den virkelige værdi af historiske dokumenter opstår, når gamle forfattere foretager sammenligninger mellem forskellige astronomiske objekter:Betelgeuse til Saturn, eller Antares til Mars, for eksempel. Den slags udsagn giver os et meget mere målbart, hvis stadig omtrentligt, datasæt at arbejde med, fordi vi kan foretage de samme sammenligninger på nutidens himmel med moderne udstyr.

Det er præcis den slags data, avisens forfattere, ledet af Ralph Neuhäuser (AIU Jena), var i stand til at finde. Ved at grave i en række historiske optegnelser afslørede de adskillige tidlige beskrivelser af lyse supergiganter som Betelgeuse og Antares. En af nøglekilderne til Betelgeuse var "De Astronomica", en romersk tekst, der tilskrives Gaius Julius Hyginus (64 f.Kr.-17 e.Kr.), ejeren af ​​Palatinerbiblioteket under Augustus Cæsars regeringstid. "De Astronomica" udtaler, i en bogstavelig oversættelse, at "Solens stjerne ... krop er stor [dvs. lys], og farve/farve brændende; ligner den stjerne, der er i højre skulder af Orion [dvs. Betelgeuse] ... Mange har sagt, at denne stjerne er [stjernen] af Saturn."

Som en side kan traditionen med at kalde Saturn "solens stjerne", som Hyginus gør, spores så langt tilbage som tidlige babylonske tekster, og kan være opstået, fordi Saturns bevægelse på himlen er den mest stabile af alle planeterne, og dens synodisk periode (dens tilsyneladende bevægelse på himlen) svarer nøje til længden af ​​solåret. Hyginus beskriver Betelgeuses farve som Saturn-lignende, som tydeligvis ikke er rød (Mars ville være den indlysende sammenligning for en rød stjerne). Dette tyder på, at Betelgeuse for næsten to tusinde år siden muligvis endnu ikke er gået ind i sit nuværende livsstadium som en rød superkæmpe.

En anden romersk kilde fra et århundrede senere, Almagest, viser de klareste røde stjerner på himlen – inklusive Antares – men Betelgeuse mangler iøjnefaldende på listen.

I mellemtiden, over hele kloden, skrev Sima Qian (f.Kr. 145-87), en "seniorarkivar" i det vestkinesiske Han-dynasti, en afhandling om himmellegemer kaldet Tianguan shu. I dette manuskript beskriver Sima Qian Betelgeuse som gul, mens Antares var rød. Denne bekræftende beretning fra en helt anden kultur styrker argumentet for et farveskift i Betelgeuse i løbet af de sidste 2.000 år.

Næsten 1.000 år senere beskrev Ibn Qutayba (AD 828-889), en islamisk lærd fra det abbasidiske kalifat, Betegeuse som rødlig, ligesom astronomen Tycho Brahe (AD 1546-1601) et par århundreder senere endnu. Mundtlig tradition fra indfødte Hawaiianere beskriver også Betelgeuse som rød. Disse tre eksempler karakteriserer klart stjernen anderledes end deres ældre jævnaldrende, og mere i tråd med moderne observationer.

I løbet af den registrerede historie, hvis man skal tro disse beretninger, ser Antares ud til at være forblevet konsekvent lysende rød, som Betelgeuse har skiftet fra gul til rød.

Trækning af konklusioner:udfordringerne ved historisk astronomi

At kombinere historie med astronomi kan give værdifuld indsigt i den seneste (astronomisk set) udvikling af nattehimlen, men det er ikke en perfekt videnskab og skal gøres omhyggeligt. En af udfordringerne ved denne metode er vanskeligheden ved nøjagtigt at datere gamle tekster. De fleste antikke manuskripter overlever ikke i originalen, men snarere som kopier transskriberet gennem århundreder i klostre, biblioteker og scriptorier. Som sådan kan de nøjagtige datoer være usikre, og værker kan tilskrives forfattere forkert. Der er for eksempel en chance for, at "De Astronomica" fejlagtigt tilskrives Hyginus og faktisk er et dokument fra det 2. århundrede, ikke et 1. århundrede, fordi det ser ud til at låne noget af dets struktur fra Almagest fra det 2. århundrede. Den gode nyhed er, på astronomiske skalaer, et århundrede eller to, give eller tage, betyder ikke meget.

En anden ting, der kan slå moderne forskere i stykker, involverer de kulturelle påvirkninger, der former gamle forfatteres sprog. Tianguan Shu grupperer for eksempel stjernefarver i fem kategorier:rød, blå, gul, sort og hvid. Disse farver matcher faktisk ikke visuelle beskrivelser ("sorte" stjerner giver ikke meget mening bogstaveligt talt, selvom det kan betyde "dæmpet" eller "mørkt"). I stedet kommer de fem farver fra kinesisk Wuxing-filosofi, hvor farverne stemmer overens med fem elementer (Jord, Træ, Metal, Ild og Vand), der understreger cykliske ændringer i naturen, politik og menneskets fysiologi. Wuxing-farvegrupperinger er ikke pålidelige markører for objektive observationsnuancer. Ikke desto mindre repræsenterer de forskellige kategorier, der kan bruges til sammenligning - røde stjerner er tydeligt forskellige fra blå stjerner, for eksempel. Dette betyder, at Betelgeuses placering i en anden kategori end Antares sandsynligvis afspejler en reel observeret forskel, selvom den nøjagtige nuance af hver kategori er ukendt.

Sammenligning af gammel tekst med moderne observationer:hvad ved vi?

Moderne skøn tyder på, at Betelgeuse har været i den røde supergigantiske fase af sin livscyklus i mindst et par tusinde år, og kunne have været det i så længe som 140.000 år (bedste skøn siger, at det er omkring 40.000 år). De historiske data tyder på, at sandheden kan ligge i den nyere ende af dette interval. Selvom det ikke er afgørende bevis, bør den historiske optegnelse heller ikke let kasseres.

Når alt kommer til alt, står moderne astronomisk viden, for at omskrive Isaac Newton, "på giganternes skuldre:" vores nuværende forståelse er kun mulig på grund af den indsigt, som generationer før os har gjort. Ud fra de skrifter og mundtlige historier, de efterlod, har vores forfædre måske noget at lære os endnu. + Udforsk yderligere

Undersøgelse af data fra vejrsatellit bekræfter teorier omkring dæmpningen af ​​Betelgeuse i 2019