Berømt stjerne viste spektakulært og dramatisk fenomen
22.08.22: For to år siden inntraff et rekordstort fall i lysstyrken til den berømte stjernen Betelgeuse. Det var mange spekulasjoner rundt årsaken, men snart viste det seg at en enorm støvsky hadde skygget for store deler av overflaten. Nye analyser viser at hendelsen var enda mer spektakulær og dramatisk og faktisk har endret stjernen! Dette var et eksempel på et superutbrudd som forekommer på flere typer aldrende stjerner, og som forskerne først helt nylig har blitt fullt oppmerksomme på.
av Knut Jørgen Røed Ødegaard
Illustrasjonen viser endringer i lysstyrken til den røde superkjempen Betelgeuse som følge av en gigantisk utblåsning som fjernet store deler av den synlige overflaten. Gassen som ble blåst av kjølnet og dannet en enorm støvsky som skygget for store deler av stjernen. Stjernens 400 døgn lange lysstyrkesyklus hadde blitt observert i nesten 200 år, men ble avbrutt av utblåsningen.
Illustrasjon: NASA, ESA, Elizabeth Wheatley (STScI)
Den røde superkjempen Betelgeuse i stjernebildet Orion er normalt himmelens 9. mest lyssterke stjerne og et av de mest iøynefallende himmelobjektene. Diameteren er omkring 1,4 milliarder kilometer, og dermed ville hele Solsystemet ut til og med Jupiter, fått plass inne i Betelgeuse. Med en avstand på 724 lysår og en så enorm størrelse, er Betelgeuse dessuten en av ytterst få stjerner der overflaten kan fotograferes fra Jorden ved hjelp av spesielle metoder, noe som gjør det mulig å utforske overflatefenomen relativt detaljert. Et bilde som ble tatt i desember 2019 viste at stjernens overflate var betydelig mørkere enn i januar samme år, og dette ga et hint om årsaken til det spektakulære lysstyrkefallet som alle lett kunne se med egne øyne uten bruk av kikkert.
I likhet med andre røde superkjemper (og aldrende stjerner generelt) har lysstyrken til Betelgeuse variert med en ganske regelmessig periode på 400 døgn, men lysstyrkefallet som begynte før jul i 2019 var langt kraftigere enn noe som tidligere har blitt observert – hele 74 % av lyset var i en periode borte!
Den første forklaringen på lysstyrkefallet var basert på en direkte tolkning av bildene av overflaten og som tydet på at en gigantisk gassboble fra superkjempens konveksjon (se linken over) hadde blåst ut en stor gassky som etter hvert kjølnet og dannet et støvbånd som forbigående skygget for lyset fra en stor del av stjernen. Det betyr at Betelgeuse i seg selv sendte ut like mye lys som tidligere, men at en god del av dette lyset ble absorbert av støvskyen og derfor ikke nådde frem til oss. Det ble spekulert på om endringene kunne være et tegn på at Betelgeuse veldig snart kommer til å eksplodere som en supernova, men at dette vil neppe skje før om 100 000–200 000 år, siden stjernen først relativt nylig har blitt en rød superkjempe.
Nå viser det seg at hendelsen var betydelig mer dramatisk, og hadde langt større konsekvenser for selve stjernen, enn først antatt. Stjernen er faktisk fortsatt ikke tilbake i samme tilstand som før hendelsen, og 400-døgns-syklusen er borte!
Det ser ut til at store deler av atmosfæren og den synlige overflaten til Betelgeuse i 2019 ble blåst av i et utbrudd som var 400 milliarder ganger større enn et typisk koronamasseutbrudd (CME) på vår egen sol.
Filmen viser en kraftig CME som fant sted på Solen 22. juli 2012 og som ble filmet fra romobservatoriet STEREO-A. Utbruddet var rettet mot observatoriet og fremstår derfor som en ekspanderende ring rundt Solen. Filmen spilles tre ganger. Røde superkjemper kan ha utbrudd som er ekstremt mye større!
Film: NASA/STEREO
Oppdagelsen ble gjort ved å studere superkjempen med en rekke store observatorier på bakken og i rommet og var mulig fordi Betelgeuse er langt nærmere oss enn de fleste andre ekstreme stjerner.
Denne datasmuleringen utført i Uppsala i Sverige viser de enorme gassboblene i konveksjonen i de ytre lagene til en rød superkjempe med 5 solmasser (Betelgeuse har enda større masse). Simuleringen viser at hver av gassboblene i konveksjonen kan dominere den synlige overflaten.
Animasjon: Bernd Freytag, Institutionen för fysik och astronomi, Uppsala Universitet
Utbruddet i 2020 begynte trolig med at en spesielt stor gassboble (mer enn halvannen millioner kilometer bred), steg mot overflaten fra dypereliggende deler av stjernen allerede i januar–mars 2019. Da boblen nådde overflaten, hadde den så stor hastighet og energi at den forårsaket sjokkbølger (observert januar 2019) og pulsasjoner som etter hvert blåste av denne delen av fotosfæren (den synlige delen av en stjernes overflate). Dermed sank gasstettheten og dermed også temperaturen, og etterlot stjernen med et stort, kjølig overflateområde. Gass-skyen som ble blåst ut hadde en masse tilsvarende flere ganger Månens, altså rundt 400 milliarder ganger massen i en ordinær CME på Solen. Snart tre år senere forsøker Betelgeuse fortsatt å komme seg etter «skaden» som oppsto – tettheten i denne delen av stjerneatmosfæren er fortsatt lavere enn før utbruddet.
Observasjoner av skyer av materiale i omgivelsene til superkjempen tyder på at den har gjennomgått tilsvarende utbrudd tidligere, og arbeid utført av to forskere ved University of Minnesota tyder på at det kan ha vært snakk om seks episoder over en periode på 60–80 år, men der det siste utbruddet før det som ble observert i 2020, fant sted for rundt 70–90 år siden. Disse tidligere utbruddene ble ikke registrert.
Betelgeuses overflate fotografert i januar 2019 (bilde nr. 1) da stjernen hadde normalt utseende, desember 2019 (bilde nr. 2), januar 2020 (bilde nr. 3) og mars 2020 (bilde nr. 4).
Foto: ESO/M. Montargès et al.
Betelgeuse uten «puls»
Når stjerner kommer til sene utviklingsstadier som i dette tilfellet med Betelgeuse, varierer de som regel i lysstyrke. Dette kan skje på mange ulike måter, men i tilfellet med Betelgeuse varierte lysstyrken (og derfor også temperaturen og radien) over en periode på ca. 400 døgn. Siden Betelgeuse er så lyssterk har den vært observert i lang tid, og vi vet at superkjempen har hatt denne rytmen i nesten 200 år. Nå har den rett og slett mistet «pulsen» –lysstyrkevariasjonene er nesten borte.
Pulsasjonen har vært forårsaket av prosesser i lag som befinner seg et lite stykke under den synlige overflaten, og de observerte endringene viser at de ytre lagene fortsatt ikke har samme tilstand som før superutbruddet. Siden Betelgeuse er en rød superkjempe, er de ytre lagene svært omfangsrike, og det tar å fylle på gass slik at temperatur og tetthet blir som før det gigantiske utbruddet.
Gigantutbrudd endrer superstjerner
Dette er første gang et slikt superutbrudd av episke dimensjoner har blitt observert i detalj på en stjerne, men de siste årene har flere lignende utbrudd enten blitt observert, eller mistenkt å ha inntruffet, på betydelig fjernere stjerner. Hendelsen på Betelgeuse kan derfor gi fantastisk kunnskap om et nyoppdaget og svært viktig fenomen.
På IAU Symposium 361 som ble holdt i Irland i mai i år, ble det fremlagt dokumentasjon på at mange lyssterke røde superkjemper, hyperkjemper og andre typer aldrende stjerner kan gjennomgå slike utbrudd, ikke minst når de nærmer seg slutten og snart skal eksplodere som supernovaer.
Generelt har stjerner kraftigere utbrudd jo større lysstyrke de har og jo senere de har kommet i utviklingen. Disse utbruddene kan endre stjernene og deres utvikling ganske betydelig eller være et signal om de snart skal eksplodere.
De såkalte Lyssterke Blå Variablene (LBVer) kan ha utbrudd som sender ut en milliard ganger mer masse enn utbruddet på Betelgeuse samtidig som stjernen har en ekstrem lysstyrke (flere millioner ganger Solens). Eta Carinae på den sydlige halvkule er et eksempel på slike stjerner. På 1840-tallet hadde den svært masserike stjernen Eta Carinae et virkelig gigantisk utbrudd der masse tilsvarende 10 ganger Solens kan ha blitt blåst bort på en gang. Dette var over en tidel av hele stjernens masse!
Nærbilde av de enorme gasskyene rundt Eta Carinae slik de fremstår i dag, snart 200 år etter utbruddet.
Foto: Nathan Smith (University of California, Berkeley), and NASA
Detaljerte studier av supernovaer viser at både blå og røde superkjemper har kraftig massetap rett før de eksploderer som supernovaer, men trolig ikke de siste 15 årene før eksplosjonen. Årsaken er ukjent, men kan involvere kraftige endringer og pulsasjoner i stjernestrukturen fordi de siste utviklingsfasene er svært kortvarige, energirike og brutale i kjernen på slike stjerner.
Film som beskriver det gigantiske utbruddet på stjernen Eta Carinae på 1840-tallet.
Film: J. Olmsted, D. Player, L. Hustak, A. Pagan, J. DePasquale, G. Bacon, F. Summers (STScI), R. Hurt (Caltech/IPAC), NASA, ESA
Images: A. Fujii, J. Morse (BoldlyGo Inst), N. Smith (U Arizona), Hubble SM4 ERO Team, NASA, ESA, STScI, JPL-Caltech, CXC, ESO, NOAO, AURA, NSF
Music: “Interstellar Wanderer”, Joseph DePasquale, CC BY-NC 4.0
Forsiden
