Vor ein paar Monaten haben wir alle zugesehen, wie Beteigeuze gedimmt wurde. Zwischen Oktober 2019 und 22. Februar 2020 hat sich die Helligkeit des Sterns etwa um den Faktor drei verringert. Er stieg von einer Stärke von 0,5 und vom zehnthellsten Stern am Himmel auf eine Stärke von 1,7.
Natürlich fragten wir uns alle, was los war. Würde es Supernova werden? Auch wenn das äußerst unwahrscheinlich war, wie konnten wir uns aber wundern?
Eine neue Studie schlägt eine prosaischere Erklärung für das Verhalten von Beteigeuze vor. Anstelle einer unmittelbar bevorstehenden Supernova sind es einfache Sternpunkte, die für die Verdunkelung sorgen.
Die neue Studie trägt den Titel „ Beteigeuze auch im Submillimeter schwächer: Eine Analyse der JCMT- und APEX-Überwachung während des jüngsten optischen Minimums .“ Erstautorin ist Thavisha Dharmawardena vom Max-Planck-Institut für Astronomie. Das Papier ist in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Nach dem deutlichen Helligkeitsabfall kehrte Beteigeuze zur Form zurück. Am 25. Februar begann es wieder heller zu werden. Rastlose Wissenschaftler wurden beschäftigt und begannen, Beobachtungsdaten zu sammeln und zu versuchen, das Geschehene zusammenzufassen. Im März 2020 veröffentlichten zwei Astronomen ihre neueste Arbeit und zeigten, dass es einfach Staub war, der zur Verdunkelung von Beteigeuze führte.
Beteigeuze, aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop. Beteigeuze ist der obere linke Stern im Sternbild Orion. Bildnachweis: NASA
Emily Levesque von der University of Washington war einer dieser Wissenschaftler. In einer Pressemitteilung, in der sie ihre Arbeit ankündigte, sagte sie: „Wir sehen dies ständig bei roten Überriesen und es ist ein normaler Teil ihres Lebenszyklus. Rote Überriesen werfen gelegentlich Material von ihrer Oberfläche ab, das sich als Staub um den Stern herum kondensiert. Während es abkühlt und sich auflöst, absorbieren die Staubkörner einen Teil des Lichts, das auf uns zukommt, und blockieren unsere Sicht.“
Rote Überriesen wie Beteigeuze werden im Alter instabil. Da sie so viel von ihrem Brennstoff verbrannt haben, bedeutet der resultierende Massenverlust einen Verlust der Eigengravitation, die diese Sterne zusammenhält. Sie können pulsieren, und diese Pulsationen haben eine Zeitskala von Hunderten oder sogar Tausenden von Tagen. Wir sehen diese Pulsationen als Helligkeitsänderungen.
Da die Schwerkraft auf der Oberfläche des Sterns im Alter nachgelassen hat, können diese Pulsationen die äußere Schicht des Sterns ziemlich leicht in den Weltraum schleudern. Dieses abgeworfene Material wird zu Staub, und dies führte zu der vorherigen Erklärung für die Verdunkelung von Beteigeuze.
Beteigeuze und der Orion Molecular Cloud-Komplex. Beteigeuze ist der rote Stern oben links. Bildnachweis: Von Rogelio Bernal Andreo – http://deepskycolors.com/astro/JPEG/RBA_Orion_HeadToToes.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20793252
Rote Überriesen wie Beteigeuze sind sehr dynamische Stars, daher sollte nichts an dieser Verdunkelung überraschen. Aber es kann immer noch viel Arbeit erfordern, herauszufinden, was mit ihnen los ist. Die Frage nach der Verdunkelung von Beteigeuze endete nicht mit Levesques Studie.
In dieser neuen Studie betrachteten die Forscher 13 Jahre Beobachtungsdaten von Beteigeuze. Die Studie präsentiert Sub-Millimeter-Beobachtungen aus dem James Clerk Maxwell-Teleskop und der Atacama Pathfinder Experiment (APEX). All diese Daten zeigen, dass Beteigeuze andere Episoden von Verdunkelung erlebt hat. Die aktuelle Dimmung wurde bei optischem Licht beobachtet und war ausgeprägter als die vorherigen. Aber in den vorherigen Episoden wurde der Stern immer noch um 20% abgedunkelt, wenn auch in längeren Wellenlängen.
In dieser neuen Forschung begannen Dharmawardena und die anderen Autoren damit, die Staubhypothese zu testen.
Künstlerische Darstellung von Beteigeuze. Bildnachweis: ESO/L. Calçada
Anstelle von optischem Licht betrachteten sie Daten mit längeren Wellenlängen. Denn während optisches Licht durch Staub blockiert wird, können noch längere Wellenlängen eindringen. Beteigeuze war in den längeren Wellenlängen noch dunkler, was mit der Anwesenheit von Staub nicht vereinbar ist. Etwas anderes muss es verursachen.
„Was uns überraschte, war, dass Beteigeuze selbst im Submillimeterwellenbereich 20 % dunkler wurde“, berichtet Steve Mairs vom Ostasiatischen Observatorium, der an der Studie mitgewirkt hat.
Das Forscherteam wollte tiefer graben. Sie nahmen den Spektralbereich, in dem sie Beteigeuze beobachteten, und berechneten, wie viel Einfluss Staub auf ihre Messungen haben würde. In ihrem Submillimeter-Beobachtungsbereich stellt sich heraus, dass die Verdunkelung nicht durch Staub erklärt werden kann. Wenn die Verdunkelung also nicht durch Staub verursacht wurde, vermuteten sie, muss sie vom Stern selbst verursacht werden.
Dieses Bild, das mit dem VISIR-Instrument am Very Large Telescope der ESO aufgenommen wurde, zeigt das Infrarotlicht, das vom Staub um Beteigeuze im Dezember 2019 emittiert wird. Die Staubwolken, die in diesem dramatischen Bild Flammen ähneln, entstehen, wenn der Stern sein Material abgibt zurück in den Weltraum. Die schwarze Scheibe verdeckt das Zentrum des Sterns und einen Großteil seiner Umgebung, die sehr hell ist und maskiert werden muss, damit die schwächeren Staubwolken sichtbar sind. Der orangefarbene Punkt in der Mitte ist das SPHERE-Bild der Oberfläche von Beteigeuze, das eine Größe hat, die der Umlaufbahn des Jupiter nahe kommt. Bildnachweis: ESO/P. Kervella/M. Montargès et al.
Die Autoren schrieben in ihrer Studie: „Die Strahlungsübertragungsmodellierung zeigt, dass dies nicht durch Änderungen der Staubhülle verursacht werden kann und daher eine Änderung in der Photosphäre des Sterns widerspiegeln muss.“
Das Forscherteam sagt, dass große Sternflecken in der Photosphäre von Beteigeuze für die Verdunkelung verantwortlich sind. Sie sagen, dass die Flecken so groß sind, dass sie 50 bis 70 % der Oberfläche des Sterns bedecken. Diese sind gigantisch und reichen aus, um Beteigeuze zu verdunkeln.
„Gegen Ende ihres Lebens werden Sterne zu roten Riesen“, erklärte Hauptautorin Dharmawardena in a Pressemitteilung . „Wenn ihr Brennstoffvorrat aufgebraucht ist, ändern sich die Prozesse, durch die die Sterne Energie freisetzen.“
Um zu verstehen, was hier passiert, müssen wir uns mit einigen astrophysikalischen Prinzipien auseinandersetzen.
Die Leuchtkraft eines Sterns hängt von einigen Faktoren ab: seinem Durchmesser und vor allem seiner Oberflächentemperatur. Wenn der Durchmesser eines Sterns zunimmt, aber nicht seine Temperatur, nimmt die Leuchtkraft über alle Wellenlängen gleichmäßig ab. Ändert sich jedoch die Temperatur, nimmt die Leuchtkraft nicht über alle Wellenlängen gleichmäßig zu.
Da die Dimmung von Beteigeuze im sichtbaren Licht und im Submillimeterlicht nicht gleich war, bedeutet dies, dass sich die Oberflächentemperatur ändern muss. Sie sagen, dass die Verdunkelung das Ergebnis ist, dass die Temperatur des Sterns um etwa 200 ° C (392 F) sinkt.
Das bedeutet jedoch nicht, dass die Temperaturabsenkung auch nur über die gesamte Oberfläche des alternden Sterns erfolgte. Und das führte zu den Sternenflecken.
„Eine asymmetrische Temperaturverteilung ist jedoch wahrscheinlicher“, erklärt Co-Autor Peter Scicluna von der Europäischen Südsternwarte (ESO). „Entsprechende hochauflösende Bilder von Beteigeuze vom Dezember 2019 zeigen Bereiche unterschiedlicher Helligkeit. Zusammen mit unserem Ergebnis ist dies ein klarer Hinweis auf riesige Sternflecken, die zwischen 50 und 70 % der sichtbaren Oberfläche bedecken und eine niedrigere Temperatur als die hellere Photosphäre haben.“
Hell und dunkel: Diese hochauflösenden Bilder von Beteigeuze zeigen die Helligkeitsverteilung im sichtbaren Licht auf seiner Oberfläche vor und während seiner Verdunkelung. Aufgrund der Asymmetrie schließen die Autoren, dass es riesige Sternflecken gibt. Die Bilder wurden mit der SPHERE-Kamera der Europäischen Südsternwarte (ESO) aufgenommen.
Bildquelle: ESO / M. Montargès et al.
Beteigeuze ist ein gut studierter Star, aber das zeigt uns nur, dass er immer noch voller Überraschungen steckt. Unsere Sonne erfährt Sonnenfleckenaktivität in einem 11-Jahres-Zyklus. Wissenschaftler wissen noch nicht, ob rote Überriesen wie Beteigeuze einen ähnlichen Zyklus durchlaufen. Auch das bisherige Helligkeitsminimum war deutlich ausgeprägter als bei den Vorgängern. Ist das ein Beweis für einen Zyklus?
„Beobachtungen in den kommenden Jahren werden uns zeigen, ob der starke Rückgang der Helligkeit von Beteigeuze mit einem Fleckenzyklus zusammenhängt. Beteigeuze wird in jedem Fall ein spannendes Objekt für zukünftige Studien bleiben“, schloss Erstautorin Dharmawardena.
