Οι αστρονόμοι λύνουν το μυστήριο της «Μεγάλης εξασθένισης» του Betelgeuse

Στα τέλη του 2019 και στις αρχές του 2020 ο Betelgeuse, ένας κόκκινος υπεργίγαντας στον αστερισμό του Ωρίωνα, έγινε πρωτοσέλιδο όταν πέρασε μια περίοδο ακραίας εξασθένισης. Αυτή η πτώση της φωτεινότητας για το αστέρι, το οποίο είναι συνήθως γύρω στο δέκατο φωτεινότερο στον νυχτερινό ουρανό πάνω από τη Γη, ήταν τόσο ακραία που μπορούσε να φανεί ακόμη και με γυμνό μάτι.

Μερικοί επιστήμονες υπέθεσαν ακόμη ότι ο υπεργίγαντας σε πορτοκαλί απόχρωση μπορεί να είναι έτοιμος να γίνει σουπερνόβα, ένα γεγονός που θα ήταν ορατό στο φως της ημέρας πάνω από τη Γη για μήνες χάρη στη δύναμή του και τη σχετική εγγύτητά του –700 έτη φωτός από τη Γη. Ωστόσο, αυτό το σουπερνόβα δεν συνέβη και ο Betelgeuse επέστρεψε στην κανονική του φωτεινότητα.

Αυτό άφησε τη «μεγάλη εξασθένιση» του Betelgeuse –κάτι που δεν έχει ξαναδεί τα τελευταία 150 χρόνια μελέτης του άστρου– ένα ανοιχτό μυστήριο για τους αστρονόμους που πρέπει να ερευνήσουν.

Τώρα, μια ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον Miguel Montargès, το Observatoire de Paris, Γαλλία και το KU Leuven, στο Βέλγιο, και συμπεριλαμβανομένης της Emily Cannon, KU Leuven, βρήκαν την αιτία αυτής της εξασθένισης, λύνοντας έτσι τελικά αυτό το κοσμικό μυστήριο. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το σκοτάδι του Betelgeuse προκλήθηκε από ένα σύννεφο σκόνης που κρύβει εν μέρει τον κόκκινο υπεργίγαντα.

«Οι παρατηρήσεις μας δείχνουν ότι το νότιο τμήμα του άστρου ήταν κρυμμένο και ότι ολόκληρος ο δίσκος του αστεριού ήταν πιο αχνός. Η μοντελοποίηση είναι συμβατή τόσο με ένα δροσερό σημείο της φωτόσφαιρας όσο και με μια σκονισμένη συστάδα μπροστά από το αστέρι», λέει ο Montargès στο ZME Science . «Δεδομένου ότι και οι δύο υπογραφές έχουν ανιχνευθεί από άλλους παρατηρητές, συμπεραίνουμε ότι η Μεγάλη Θολότητα προκλήθηκε από ένα δροσερό κομμάτι υλικού που, λόγω της χαμηλότερης θερμοκρασίας του, προκάλεσε τη δημιουργία σκόνης στο σύννεφο αερίου που εκτοξεύτηκε από το αστέρι μήνες έως χρόνια πριν».

Η «μεγάλη εξασθένιση» αυτού του τεράστιου άστρου διήρκεσε μερικούς μήνες και έδωσε στους ερευνητές μια μοναδική ευκαιρία να μελετήσουν τη μείωση του θαμπώματος των αστεριών σε πραγματικό χρόνο.

Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύεται στην τελευταία έκδοση του περιοδικού Nature.

Μια μοναδική ευκαιρία να συλλάβετε ένα αστέρι που θαμπώνει

Ο Montargès και η ομάδα του εκπαίδευσαν για πρώτη φορά το Very Large Telescope (VLT) – ένα τηλεσκόπιο που λειτουργεί με ESO που βασίζεται στην έρημο Atacama της Χιλής – στον Betelgeuse όταν άρχισε να εξασθενεί στα τέλη του 2019. Οι αστρονόμοι εκμεταλλεύτηκαν τον φασματοπολωμετρικό εξωπλανήτη υψηλής αντίθεσης Όργανο REsearch (SPHERE) στο VLT καθώς και δεδομένα από το όργανο GRAVITY του τηλεσκοπίου. Αυτό τους επέτρεψε να δημιουργήσουν εκπληκτικές εικόνες παρακολουθώντας το μεγάλο γεγονός της θαμπής, επιτρέποντάς τους να το ξεχωρίσουν από τις κανονικές πτώσεις φωτεινότητας που επιδεικνύονται από τα υπεργίγαντα αστέρια.

Ο Betelgeuse έχει παρατηρηθεί ότι μειώνεται στη φωτεινότητα στο παρελθόν ως αποτέλεσμα της κύκλος μεταφοράς, ο οποίος προκαλεί την άνοδο και την πτώση του υλικού σε όλα τα στρώματα του αστεριού με βάση τη θερμοκρασία του. Αυτός ο κύκλος μεταφοράς οδηγεί σε έναν ημι-κανονικό κύκλο θαμπής που διαρκεί περίπου 400 ημέρες.

Όταν παρατηρήθηκε για πρώτη φορά η «μεγάλη εξασθένιση» τον Οκτώβριο του 2019, οι αστρονόμοι υπέθεσαν ότι αυτό οφειλόταν στον φυσικό του κύκλο εξασθένισης. Αυτή η υπόθεση απορρίφθηκε τον Δεκέμβριο του ίδιου έτους, όταν το αστέρι έγινε το πιο σκοτεινό που ήταν εδώ και έναν αιώνα. Το αστέρι είχε επιστρέψει στην κανονική του φωτεινότητα τον Απρίλιο του 2020.

Όχι μόνο αυτό το εύρημα λύνει το μυστήριο της θαμπώματος αυτού του άστρου, αλλά παρέχει επίσης στοιχεία για την ψύξη ενός αστεριού που προκαλεί τη δημιουργία αστρόσκονης που συνεχίζει να συσκοτίζει το αστέρι.

Παρόλο που ο Betelgeuse είναι πολύ νεότερος από τον Ήλιο –10 εκατομμύρια ετών σε σύγκριση με την ηλικία του αστεριού μας 4,6 δισεκατομμυρίων ετών– είναι πολύ πιο κοντά στην έκρηξη σουπερνόβα που θα σηματοδοτήσει το τέλος του κύκλου ζωής του. Οι αστρονόμοι είχαν αρχικά υποθέσει ότι η μείωση του θαμπώματος ήταν ένα σημάδι ότι ο κόκκινος υπεργίγαντας παρουσίαζε τον θάνατο του νωρίτερα από το χρονοδιάγραμμα.

Χάρη στη δουλειά του Montargès και της ομάδας του, γνωρίζουμε τώρα ότι αυτό δεν ισχύει. Η θαμπάδα είναι το αποτέλεσμα ενός πέπλου αστρόσκονης που κρύβει τη νότια περιοχή του άστρου.

«Έχουμε παρατηρήσει σκόνη γύρω από τα κόκκινα υπεργίγαντα αστέρια στο παρελθόν», εξηγεί ο Cannon. "Ωστόσο, αυτή είναι η πρώτη φορά που γινόμαστε μάρτυρες του σχηματισμού σκόνης σε πραγματικό χρόνο στη γραμμή όρασης ενός κόκκινου υπεργίγαντα αστέρα",

Αυτή η αστρόσκονη θα συνεχίσει να σχηματίζει τα δομικά στοιχεία της επόμενης γενιάς άστρων και πλανητών και οι παρατηρήσεις που έγιναν από τον Montargès, τον Cannon και την ομάδα αντιπροσωπεύουν την πρώτη φορά που είδαμε ένα αρχαίο υπεργίγαντα αστέρα να «ρετσεί» αυτό το πολύτιμο υλικό στο σύμπαν. .

Ο γίγαντας που έριχνε αστερόσκονη

Η επιφάνεια του Betelgeuse –η οποία με διάμετρο περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου θα κατανάλωνε τις τροχιές των εσωτερικών πλανητών συμπεριλαμβανομένης της Γης εάν καθόταν στο ηλιακό μας σύστημα– υπόκειται σε τακτικές αλλαγές καθώς οι φυσαλίδες αερίου κινούνται γύρω της, αλλάζουν σε μέγεθος, και διογκώνονται από κάτω του. Ο Montargès, ο Cannon και οι συνάδελφοί τους πιστεύουν ότι κάποια στιγμή πριν ξεκινήσει η μεγάλη εξασθένιση, ο κόκκινος υπεργίγαντας «έριξε» μια μεγάλη φούσκα αερίου.

Αυτή η φυσαλίδα απομακρύνθηκε από το αστέρι αφήνοντας ένα δροσερό κομμάτι στην επιφάνειά του. Μέσα σε αυτό το δροσερό μπάλωμα το υλικό μπόρεσε να στερεοποιηθεί, δημιουργώντας ένα σύννεφο συμπαγούς αστρόσκονης. Οι παρατηρήσεις της ομάδας δείχνουν για πρώτη φορά ότι η αστρόσκονη μπορεί να σχηματιστεί γρήγορα στην επιφάνεια ενός αστεριού.

«Έχουμε δει άμεσα το σχηματισμό της λεγόμενης αστρόσκονης», λέει ο Montargès. "Η σκόνη που εκτοξεύεται από δροσερά εξελιγμένα αστέρια, όπως η εκτίναξη που μόλις είδαμε, θα μπορούσε να γίνει το δομικό στοιχείο των επίγειων πλανητών και της ζωής."

Όσον αφορά το μέλλον, οι ερευνητές επισημαίνουν το εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο (ELT), που βρίσκεται υπό κατασκευή στην έρημο Atacama ως το ιδανικό όργανο για τη διεξαγωγή περαιτέρω παρατηρήσεων του Betelgeuse. «Με την ικανότητα να φτάνουμε σε απαράμιλλη χωρική ανάλυση, το ELT θα μας επιτρέψει να απεικονίσουμε απευθείας τον Betelgeuse με αξιοσημείωτη λεπτομέρεια», λέει ο Cannon. «Θα επεκτείνει επίσης σημαντικά το δείγμα των ερυθρών υπεργιγάντων για τους οποίους μπορούμε να αναλύσουμε την επιφάνεια μέσω άμεσης απεικόνισης, βοηθώντας μας περαιτέρω να αποκαλύψουμε τα μυστήρια πίσω από τους ανέμους αυτών των ογκωδών αστεριών».

Για τον Montargès, η επίλυση αυτού του μυστηρίου και η παρατήρηση ενός φαινομένου για πρώτη φορά, παγιώνει μια ζωή γοητείας με τον Betelgeuse και δείχνει προς μια βαθύτερη κατανόηση της αστρόσκονης που είναι τα δομικά στοιχεία των άστρων, των πλανητών και εμάς. «Είδαμε την παραγωγή αστερόσκονης, υλικά από τα οποία είμαστε φτιαγμένοι οι ίδιοι. Έχουμε δει ακόμη και ένα αστέρι να αλλάζει προσωρινά τη συμπεριφορά του σε ανθρώπινη χρονική κλίμακα.»