19.02.20: Den røde superkjempen Betelgeuse i himmelens flotteste stjernebilde Orion har de siste tre månedene gjennomgått en merkelig og rekordartet lyssvekkelse. Hva kan årsaken være? Noen har spekulert på om Betelgeuse kommer til å eksplodere som supernova i løpet av dager eller uker – i tilfelle et av de mest spektakulære himmelfenomenene i historien. Nye bilder av stjernen tyder imidlertid på en annen forklaring, og disse observasjonene er samtidig første gang endringer på en stjernes overflate er sett direkte!

Oppdatering 24.02.20: En melding fra The Astronomer’s Telegram bekrefter at lysstyrken til Betelgeuse har begynt å stige igjen slik at den følger 430-dagers-perioden beskrevet nedenfor. Den ekstreme og rekordartede lyssvekkelsen skyldes trolig en støvsky som sett fra Jorden dekker stjernens nedre del, se bildene i saken nedenfor.

av Knut Jørgen Røed Ødegaard

Ved hjelp av et av ESOs 8,2 meter store VLT-teleskop i Chile er Betelgeuse fotografert midt under den pågående, ekstreme og rekordartede lyssvekkelsen. Bildet avslører også at stjernens form tilsynelatende har endret seg på under et år. Foto: ESO/M. Montargès et al.
Foto: ESO/M. Montargès et al.

Betelgeuse ble født i Orion-tåken for 8–8,5 millioner år siden og med rundt 20 ganger Solens masse har den allerede rukket å bli gammel siden masserike stjerner utvikler seg svært mye raskere enn lette stjerner. Til sammenligning vil Solen leve i totalt 12,4 milliarder år.

Stjernen sender ut omtrent 120 000 ganger mer lys enn Solen, og med en avstand på rundt 640 lysår er Betelgeuse normalt den niende mest lyssterke stjernen på nattehimmelen. Den har en tydelig rødfarge som skyldes at den har utviklet seg til å bli en enormt stor, rød og kjølig superkjempe. Men de overoppblåste ytre lagene skjuler imidlertid tiltagende dramatikk i kjernen –stjerner med mer enn omtrent 12–15 solmasser vil til slutt eksplodere som en spektakulær supernova som i noen måneder sender ut over 100 millioner ganger mer lys enn Solen.

Selv sett fra Jorden vil Betelgeuse-supernovaen bli et virkelig spektakulært skue med lysstyrke som fullmånen, men mens fullmånen er en ganske stor skive på nattehimmelen, vil alt lyset fra Betelgeuse komme fra ett punkt på grunn av den store avstanden. Det vil derfor trolig virke ubehagelig å stirre på fenomenet.

Vi har forøvrig ikke observert noen supernova i Melkeveien på over 400 år (den siste var i 1604, bare 5 år før teleskopet ble oppfunnet). Det er anslått at galakser med Melkeveiens størrelse og av samme type produserer en supernova i gjennomsnitt hvert 50. år – Melkeveien er derfor trolig på solid overtid!

Sammenligning mellom størrelsen til Betelgeuse og vårt solsystem.
Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. O’Gorman/P. Kervella

Er slutten nær for Betelgeuse?

I likhet med andre røde superkjemper varierer lysstyrken til Betelgeuse, noe som skyldes ustabile forhold i de aller ytterste lagene. De siste tre månedene har imidlertid stjernens lysstyrke stupt kraftig – mye kraftigere enn vi noen gang tidligere har observert i de 25 årene den har blitt kontinuerlig overvåket. Lysstyrken er nå bare 36 % av det normale, og noen har tolket dette som et tegn på at noe dramatisk er i gjære.

Masserike stjerner gjennomgår en rekke utviklingsstadier. Først fusjoneres hydrogenet i kjernen til helium, deretter fusjoneres dette til karbon som i sin tur omdannes til oksygen og stadig tyngre grunnstoffer inntil stjernen består av skall på skall med ulike stoffer og kjernereaksjoner rundt den innerste kjernen som nå er omdannet til jern.

Skallstrukturen i en masserik stjerne rett før den eksploderer som supernova. I jernkjernen er tettheten ekstrem og temperaturen opptil 10 milliarder grader, mens det på den synlige overflaten kun er rundt 3500 grader.
Illustrasjon: Wikipedia/ R. J. Hall

For hver gang et nytt skall dannes, endres også resten av stjernens struktur – den svulmer eller trekker seg sammen. Dessuten akselererer utviklingen, og de siste stadiene varer bare fra noen få år til dager eller timer.

Fra en avstand på 640 lysår kan vi (med ett unntak, se under!) bare observere Betelgeuse som en prikk og merker derfor kun at lysstyrken endrer seg (vi kan ikke se om diameteren forandrer seg eller det er andre årsaker til lysstyrkevariasjonene). Noen har derfor tolket de pågående og kraftige lysstyrkeendringene som et tegn på at kjernen har kommet til de aller siste stadiene og at stjernen veldig snart vil eksplodere.

Indre eller ytre årsak?

Men røde superkjemper er så oppblåste at de ytre lagene etter hvert ikke rekker å reagere på det som skjer i kjernen. Raske endringer i lysstyrke kan derfor ha helt andre årsaker enn dramatikk innerst i kjernen.

Analyser av stjernens normale lysstyrkeendringer over lang tid viser at det er flere overlappende sykluser med varighet på hhv. 242 døgn, 430 døgn (størst variabilitet), 1083 døgn, 1376 døgn og 6,06 år. Dersom et sammenfall av disse syklusene er årsaken til lyssvekkelsen, er det forventet at Betelgeuse har lavest lysstyrke 21. februar (+/- en uke) og deretter begynner å gjenvinne lysstyrke. Dette får vi altså svar på ganske snart! Uansett er det veldig vanskelig å forklare at lysstyrken har falt så mye som vi observerer nå. Noe helt ekstraordinært må ha inntruffet på Betelgeuse.

Dramatisk endret form og størrelse!

European Southern Observatory (ESO), har benyttet sine kjempeteleskop i Chile til en stor observasjonskampanje for om mulig å finne forklaringen. Disse teleskopene kan med spesielle metoder vise grovkornede bilder av strukturen på overflaten av Betelgeuse.

Bildet som ble tatt i desember viser at det har skjedd dramatiske endringer på bare 11 måneder siden forrige bilde ble tatt i januar 2019.

Disse to bildene viser den spektakulære endringen av stjernens utseende i løpet av 11 måneder. Observasjonene er historiske siden det er første gang vi direkte har observert endringer på overflaten av et objekt utenfor vårt solsystem!
Foto: ESO/M. Montargès et al.

De ytre lagene av røde superkjemper er preget av enorme gassbevegelser – såkalt konveksjon. Bobler med relativt varm gass flyter opp fra dypere lag og ses som lyse områder – avkjølt gass synker og ses som mørkere områder. Tilsvarende prosesser foregår på overflaten av mange stjerner, også Solen, men på røde superkjemper kan gassboblene bli så enorme i utstrekning av de endrer utseendet på hele stjernen, noe som kan være deler av forklaringen på bildene over.

I tillegg blåser stjernen av seg enorme mengder kjølige gasser som kan kondensere til støv som midlertidig kan skygge for deler av stjerneoverflaten. På bildet som ble tatt i desember 2019 ser vi at en stor del av Betelgeuse har blitt mørkere, og dette kan skyldes nettopp en støvsky. Videre observasjoner vil avklare om det er støvskyer eller konveksjon som er årsak til de store endringene. Merk at dette er endringer som finner sted i de aller ytterste lagene av stjernen og ikke har noen kobling til hva som foregår i kjernen!

Støvskyer rundt Betelgeuse fotografert i desember 2019. Selve stjernen befinner seg bak den lyse prikken i midten av den sorte skiven. Prikken har samme vinkelutstrekning som Jupiters bane rundt Solen på 640 lysårs avstand.
Foto: ESO/P. Kervella/M. Montargès et al., Acknowledgement: Eric Pantin

100 000 år igjen til smellet?

I 2014 ble det dokumentert at overflaten på Betelgeuse har blitt anriket av stoffer dannet av kjernereaksjoner i de indre delene av stjernen, noe som skyldes at Betelgeuse har kommet til en fase som kalles første opphenting. Da klarer gassbevegelsene, konveksjonen, å blande gassen i overflatelagene med gass fra dypere lag der sammensetningen har blitt endret av kjernereaksjoner. Detaljerte utviklingsmodeller sier at denne opphentingen skal finne sted rundt 100 000 år før stjernen eksploderer som supernova. Det betyr at det fortsatt gjenstår en rekke utviklingsfaser og at vi kan komme til å måtte vente ganske lenge på det store stjernesmellet!

Dersom modellene stemmer, vil Betelgeuse fortsette å vokse i størrelse og lysstyrke over de neste årtusenene. Men fortsatt er det mye som ikke er forstått når det gjelder utviklingen og oppførselen til røde superkjemper. Det er derfor all grunn til å følge med på utviklingen til Betelgeuse, og de pågående endringene og observasjonskampanjen vil gi oss fantastisk ny innsikt i disse spektakulære og svært viktige stjernene!

Filmen tar oss fra stjernebildet Orion og zoomer inn på Betelgeuse til vi kommer til det nyeste bildet av stjernens overflate.

Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!

MER INFORMASJON

Pressemelding fra ESO

Se de skarpeste bildene som noen gang er tatt av stjerner!

Flere artikler om stjerner