HUBBLE VINDT DAT HET MYSTERIEUZE DIMMEN VAN BETELGEUSE TE wijten is aan een traumatische uitbarsting

SAMENVATTING

HUBBLE DETECTEERT DICHT, VERWARMD MATERIAAL DAT DOOR DE SFEER VAN DE STER BEWEEGT

De ouder wordende, felrode superreus-ster Betelgeuze heeft sinds de oudheid hemelwachters in de ban. De oude astronoom Ptolemaeus was een van de eersten die de rode kleur van de monsterster opmerkte. Het is een van de helderste sterren aan de nachtelijke hemel en lijkt zelfs nog helderder omdat het zo dicht bij de aarde staat, op slechts 725 lichtjaar afstand.

Maar de ster verandert ook periodiek in helderheid, wat voor het eerst werd opgemerkt in de jaren 1830 door de Britse astronoom John Herschel. Astronomen weten nu dat de ster uitzet en samentrekt, helderder en dimmer wordt in een cyclus van 420 dagen.

In oktober 2019 vervaagde de ster echter dramatisch en werd deze nog steeds zwakker. Halverwege februari 2020 had de monsterster meer dan tweederde van zijn schittering verloren.

Dit plotselinge dimmen heeft astronomen verbijsterd, die zich haastten om verschillende theorieën voor de abrupte verandering te ontwikkelen. Ultraviolette waarnemingen door de Hubble-ruimtetelescoop suggereren dat het onverwachte dimmen waarschijnlijk werd veroorzaakt door een enorme hoeveelheid superhot materiaal dat in de ruimte werd uitgeworpen. Het materiaal koelde af en vormde een stofwolk die het sterlicht blokkeerde dat van ongeveer een kwart van het Betelgeuze-oppervlak kwam.

Hubble ving tekenen op van dicht, verwarmd materiaal dat zich door de atmosfeer van de ster bewoog in september, oktober en november 2019. Toen, in december, observeerden verschillende telescopen op de grond dat de ster in helderheid afnam op het zuidelijk halfrond.

De gigantische ster is voorbestemd om zijn leven te beëindigen in een supernova-explosie. Sommige astronomen denken dat het plotselinge dimmen een pre-supernova-gebeurtenis kan zijn. Betelgeuze bevindt zich in Orion, een van de meest herkenbare sterrenbeelden aan de hemel. De mammoetster markeert de rechterschouder van de jager.


Waarnemingen van NASA’s Hubble-ruimtetelescoop laten zien dat het onverwachte dimmen van de superreus Betelgeuze hoogstwaarschijnlijk werd veroorzaakt door een immense hoeveelheid heet materiaal dat de ruimte in werd geworpen en een stofwolk vormde die het sterlicht blokkeerde dat van het oppervlak van Betelgeuze kwam.

Hubble-onderzoekers suggereren dat de stofwolk die werd gevormd toen superhot plasma dat vrijkwam uit een opwelling van een grote convectiecel op het oppervlak van de ster door de hete atmosfeer naar de koudere buitenste lagen ging, waar het afkoelde en stofdeeltjes vormde. De resulterende stofwolk blokkeerde het licht vanaf ongeveer een kwart van het oppervlak van de ster, te beginnen eind 2019. In april 2020 keerde de ster terug naar de normale helderheid.

Betelgeuze is een verouderende, rode superreus die in omvang is opgezwollen als gevolg van complexe, evoluerende veranderingen in zijn kernfusieoven in de kern. De ster is nu zo groot dat als hij de zon in het midden van ons zonnestelsel zou vervangen, zijn buitenoppervlak zich voorbij de baan van Jupiter zou uitstrekken.

Het ongekende fenomeen van Betelgeuse’s grote verduistering, die uiteindelijk zelfs met het blote oog merkbaar was, begon in oktober 2019. Halverwege februari 2020 had de monsterster meer dan tweederde van zijn glans verloren.

Dit plotselinge dimmen heeft astronomen verbijsterd, die zich haastten om verschillende theorieën voor de abrupte verandering te ontwikkelen. Een idee was dat een enorme, koele, donkere “stervlek” een breed stuk van het zichtbare oppervlak bedekte. Maar de Hubble-observaties, geleid door Andrea Dupree, associate director van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), Cambridge, Massachusetts, suggereren dat een stofwolk een deel van de ster bedekt.

Enkele maanden van Hubble’s ultraviolet-licht spectroscopische waarnemingen van Betelgeuze, beginnend in januari 2019, leveren een tijdlijn op die leidt tot het donker worden. Deze waarnemingen leveren belangrijke nieuwe aanwijzingen op voor het mechanisme achter het dimmen.

Hubble ving tekenen op van dicht, verwarmd materiaal dat zich door de atmosfeer van de ster bewoog in september, oktober en november 2019. Toen, in december, observeerden verschillende telescopen op de grond dat de ster in helderheid afnam op het zuidelijk halfrond.

“Met Hubble zien we het materiaal terwijl het het zichtbare oppervlak van de ster verliet en door de atmosfeer bewoog, voordat het stof zich vormde waardoor de ster verduisterde,” zei Dupree. “We konden het effect zien van een dicht, heet gebied in het zuidoosten van de ster dat naar buiten beweegt.

“Dit materiaal was twee tot vier keer zo helder als de normale helderheid van de ster”, vervolgde ze. “En toen, ongeveer een maand later, vervaagde het zuidelijke deel van Betelgeuze opvallend terwijl de ster zwakker werd. We denken dat het mogelijk is dat een donkere wolk het gevolg was van de uitstroom die Hubble ontdekte. Alleen Hubble geeft ons dit bewijs dat leidde tot de dimmen. “

De paper van het team verschijnt online op 13 augustus in The Astrophysical Journal.

Enorme superreuzen zoals Betelgeuze zijn belangrijk omdat ze zware elementen, zoals koolstof, de ruimte in drijven die de bouwstenen worden van nieuwe generaties sterren. Koolstof is ook een basisingrediënt voor het leven zoals we dat kennen.

Een traumatische uitbarsting traceren

Het team van Dupree begon begin vorig jaar met het gebruik van Hubble om de gigantische ster te analyseren. Hun waarnemingen maken deel uit van een driejarige Hubble-studie om variaties in de buitenatmosfeer van de ster te volgen. Betelgeuze is een veranderlijke ster die uitzet en samentrekt, helderder en dimmer wordt in een cyclus van 420 dagen.

Dankzij de gevoeligheid voor ultraviolet licht van Hubble konden onderzoekers de lagen boven het oppervlak van de ster onderzoeken, die zo heet zijn – meer dan 20.000 graden Fahrenheit – dat ze niet kunnen worden gedetecteerd bij zichtbare golflengten. Deze lagen worden gedeeltelijk verwarmd door de turbulente convectiecellen van de ster die naar de oppervlakte borrelen.

Hubble-spectra, genomen begin en eind 2019, en in 2020, hebben de buitenatmosfeer van de ster onderzocht door magnesium II-lijnen (enkel geïoniseerd magnesium) te meten. In september tot november 2019 hebben de onderzoekers materiaal gemeten dat ongeveer 200.000 mijl per uur bewoog van het oppervlak van de ster naar de buitenatmosfeer.

Dit hete, dichte materiaal bleef buiten het zichtbare oppervlak van Betelgeuze reizen en bereikte miljoenen mijlen van de kolkende ster. Op die afstand koelde het materiaal voldoende af om stof te vormen, aldus de onderzoekers.

Deze interpretatie komt overeen met waarnemingen van Hubble-ultraviolet licht in februari 2020, die aantoonden dat het gedrag van de buitenatmosfeer van de ster weer normaal werd, ook al lieten beelden van zichtbaar licht zien dat deze nog steeds aan het dimmen was.

Hoewel Dupree de oorzaak van de uitbarsting niet kent, denkt ze dat het werd geholpen door de pulsatiecyclus van de ster, die normaal doorging tijdens de gebeurtenis, zoals vastgelegd door waarnemingen in zichtbaar licht. De co-auteur van het artikel, Klaus Strassmeier, van het Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam, gebruikte de geautomatiseerde telescoop van het instituut, STELLar Activity (STELLA) genaamd, om veranderingen in de snelheid van het gas op het oppervlak van de ster te meten terwijl het steeg en daalde tijdens de pulsatie fiets. De ster breidde zich uit in zijn cyclus op hetzelfde moment als de opwelling van de convectieve cel. De pulsatie die vanuit Betelgeuse naar buiten stroomt, heeft mogelijk geholpen het uitstromende plasma door de atmosfeer te stuwen.

Dupree schat dat ongeveer twee keer de normale hoeveelheid materiaal van het zuidelijk halfrond verloren is gegaan tijdens de drie maanden van de uitbarsting. Betelgeuze verliest, net als alle sterren, voortdurend massa, in dit geval met een snelheid die 30 miljoen keer hoger is dan de zon.

Betelgeuze is zo dicht bij de aarde en zo groot dat Hubble in staat is geweest om oppervlaktekenmerken op te sporen – waardoor het de enige ster is, behalve onze zon, waar oppervlaktedetails te zien zijn.

Hubble-opnamen die in 1995 door Dupree werden gemaakt, onthulden voor het eerst een gevlekt oppervlak met enorme convectiecellen die krimpen en opzwellen, waardoor ze donkerder en helderder worden.

Een voorloper van een supernova?

De rode superreus is voorbestemd om zijn leven te beëindigen in een supernova-explosie. Sommige astronomen denken dat het plotselinge dimmen een pre-supernova-gebeurtenis kan zijn. De ster is relatief dichtbij, ongeveer 725 lichtjaar verwijderd, wat betekent dat het dimmen rond het jaar 1300 zou hebben plaatsgevonden. Maar het licht bereikt nu net de aarde.

“Niemand weet wat een ster doet voordat hij een supernova wordt, omdat hij nooit is waargenomen”, legt Dupree uit. “Astronomen hebben sterren bemonsterd die misschien een jaar voordat ze supernova worden, maar niet binnen dagen of weken voordat het gebeurde. Maar de kans dat de ster binnenkort supernova wordt, is vrij klein.”

Dupree krijgt eind augustus of begin september nog een kans om de ster met Hubble te observeren. Op dit moment staat Betelgeuze aan de hemel, te dicht bij de zon voor Hubble-waarnemingen. Maar NASA’s Solar TErrestrial RElations Observatory (STEREO) heeft beelden gemaakt van de monsterster vanaf zijn locatie in de ruimte. Die waarnemingen tonen aan dat Betelgeuze weer gedimd is van half mei tot half juli, hoewel niet zo dramatisch als eerder in het jaar.

Dupree hoopt STEREO te gebruiken voor meer vervolgwaarnemingen om de helderheid van Betelgeuse te controleren. Haar plan is om Betelgeuze volgend jaar opnieuw te observeren met STEREO wanneer de ster zich weer naar buiten heeft uitgebreid in zijn cyclus om te zien of hij weer een nare uitbarsting ontketent.

Een artikel van Hubblesite.org

Hubblesite.org


Geef een reactie