Уменьшение яркости Бетельгейзе объяснили пятнами

Бетельгейзе, яркая звезда в созвездии Ориона, в последние месяцы очаровывала астрономов из-за необычайно сильного снижения яркости. Ученые обсуждали ряд сценариев, пытаясь объяснить его поведение. Теперь команда под руководством Тавиши Дхармавардены из Института астрономии им. Макса Планка показала, что необычайно большие звездные пятна на поверхности Бетельгейзе вызвали ее затемнение. Их результаты исключают предыдущую гипотезу о том, что это была пыль, недавно выброшенная Бетельгейзе, которая заслонила звезду. Результаты опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Красные гигантские звезды, такие как Бетельгейзе, часто изменяют яркость. Тем не менее, резкое падение яркости Бетельгейзе примерно до 40% от ее нормального значения в период с октября 2019 года по апрель 2020 года стало неожиданностью для астрономов. Ученые разработали различные сценарии, чтобы объяснить это изменение в яркости звезды, которая видна невооруженным глазом и находится на расстоянии почти 500 световых лет. Некоторые астрономы даже размышляли о скорой сверхновой. Международная группа астрономов во главе с Тэвишой Дхармаварденой из Института астрономии им. Макса Планка (MPIA) в Гейдельберге продемонстрировала, что колебания температуры в фотосфере, то есть на светящейся поверхности звезды, вызывают снижение яркости. Наиболее вероятным источником таких изменений температуры являются гигантские холодные звездные пятна, похожие на солнечные пятна, которые, однако, покрывают от 50 до 70% поверхности звезды.

"К концу своей жизни звезды становятся красными гигантами", - объясняет Дхармавардена. "По мере того, как запас топлива у них заканчивается, меняются процессы, благодаря которым звезды выделяют энергию. В результате они раздуваются, становятся нестабильными и пульсируют с периодами в сотни или даже тысячи дней, которые мы видим как колебание яркости".

Бетельгейзе - это так называемый красный супергигант, звезда, которая по сравнению с нашим Солнцем примерно в 20 раз массивнее и примерно в 1000 раз больше. Если поместить его в центр солнечной системы, он почти достигнет орбиты Юпитера.

Из-за своего размера гравитационное притяжение на поверхности звезды меньше, чем на звезде той же массы, но с меньшим радиусом. Следовательно, пульсации могут относительно легко вытолкнуть наружные слои такой звезды. Выпущенный газ охлаждается и превращается в соединения, которые астрономы называют пылью. Вот почему красные гигантские звезды являются важным источником тяжелых элементов во Вселенной, из которых в конечном итоге происходят планеты и живые организмы. Астрономы ранее рассматривали производство светопоглощающей пыли как наиболее вероятную причину резкого снижения яркости.

Чтобы проверить эту гипотезу, Тэвиша Дхармавардена и ее сотрудники оценили новые и архивные данные эксперимента Atacama Pathfinder (APEX) и телескопа Джеймса Клерка Максвелла (JCMT). Эти телескопы измеряют излучение в спектральном диапазоне субмиллиметровых волн (терагерцовое излучение), длина волны которых в тысячу раз больше, чем у видимого света. Невидимые для глаз астрономы уже некоторое время используют их для изучения межзвездной пыли. Холодная пыль особенно светится на этих длинах волн.

"Что нас удивило, так это то, что Бетельгейзе стало темнее на 20% даже в субмиллиметровом диапазоне", - сообщает Стив Маирс из Восточноазиатской обсерватории, который участвовал в исследовании. Опыт показывает, что такое поведение несовместимо с наличием пыли. Для более точной оценки она и ее сотрудники рассчитали, какое влияние окажет пыль на измерения в этом спектральном диапазоне. Оказалось, что действительно уменьшение яркости в субмиллиметровом диапазоне нельзя объяснить увеличением пылеобразования. Вместо этого сама звезда, должно быть, вызвала изменение яркости, измеренное астрономами.

ESO

Физические законы говорят нам, что светимость звезды зависит от ее диаметра и особенно от температуры ее поверхности. Если только размер звезды уменьшается, светимость уменьшается одинаково на всех длинах волн. Однако изменения температуры по-разному влияют на излучение, излучаемое вдоль электромагнитного спектра. По мнению ученых, измеренное затемнение в видимом и субмиллиметровом волнах, следовательно, свидетельствует о снижении средней температуры поверхности Бетельгейзе, которую они определяют количественно в 200 ° С.

"Однако асимметричное распределение температуры более вероятно", - объясняет соавтор Питер Шиклуна из Европейской южной обсерватории (ESO). "Соответствующие изображения с высоким разрешением Бетельгейзе с декабря 2019 года показывают области различной яркости. Вместе с нашим результатом это является четким признаком того, что огромные звездные пятна покрывают от 50 до 70% видимой поверхности и имеют более низкую температуру, чем более яркая фотосфера".

Звездные пятна распространены у гигантских звезд, но не в этом масштабе. Не так много известно об их жизни. Однако расчеты теоретической модели, похоже, совместимы с длительностью падения яркости Бетельгейзе.

Мы знаем от Солнца, что количество пятен увеличивается и уменьшается в 11-летнем цикле. Есть ли у гигантских звезд похожий механизм, неизвестно. Признаком этого может служить предыдущий минимум яркости, который также был гораздо более выраженным, чем в предыдущие годы.

"Наблюдения в ближайшие годы скажут нам, связано ли резкое снижение яркости Бетельгейзе с точечным циклом. В любом случае, Бетельгейзе останется интересным объектом для будущих исследований, - заключает Дхармавардена.

Напомним, ранее сообщалось, что астрономы обнаружили ярчайшую сверхновую в истории.

Источник