Jedna z najjaśniejszych gwiazd na nocnym niebie robi się nadzwyczajnie jasna, co rozpoczęło spekulacje, że może wkrótce wybuchnąć i zmienić się w supernową. Czy naprawdę powinniśmy wyczekiwać tak oszałamiającego spektaklu na niebie?
Położenie Betelgezy na mapie nieba.
Gwiazda, o której mowa to Betelgeza, ogromna gwiazda w odcieniach czerwieni, znajdująca się w lewym ramieniu gwiazdozbioru Oriona, którego nie da się nie zauważyć. Betelgeza jest czerwonym olbrzymem, czyli przeogromną gwiazdą, która zużyła już cały wodór w swoim jądrze i rozszerzyła się do rozmiaru stukrotnie większego niż jej pierwotna powłoka. Astronomowie sądzą, że gwiazda przeprowadza teraz fuzję helu w węgiel i tlen. Jest to okres w życiu gwiazdy, który trwa dziesiątki lub nawet setki tysięcy lat i poprzedza śmierć gwiazdy w wybuchu supernowej. Ostatnie ekscesy Betelgezy, które rozpoczęły się w 2019 roku, skłoniły niektórych do spekulacji, iż chwila jej spektakularnej śmierci jest bliska. Jeśli Betelgeza wybuchłaby, byłaby to najbliższa eksplozja supernowej od ponad 400 lat, tak jasna, że widoczna nawet w ciągu dnia.
Betelgezę, oddaloną o 650 lat świetlnych, uznaje się zazwyczaj za 10. najjaśniejszą gwiazdę na nocnym niebie. Jednak w kwietniu gwiazda awansowała i znalazła się na siódmym miejscu. Według konta na Tweeterze Betelgeuse Status, które śledzi aktywność gwiazdy, obecnie ma ona jasność 40% większą w stosunku do dotychczasowej.
„Wielkie przyciemnienie”
Betelgeza jest gwiazdą zmienną znaną z regularnych oscylacji między okresami jaśniejszymi i ciemniejszymi. Od ponad stu lat astronomowie obserwowali jak Betelgeza rozjaśnia się co czterysta dni, a następnie jej jasność spada o połowę i rozświetla się ponownie. Jednak w grudniu 2019 r. gwiazda niespodziewanie przyciemniła się, jak nigdy wcześniej, osiągając niż 2,5 raza ciemniejszy. Przyczyny tego wydarzenia odtąd nazywanego „Wielkim przyciemnieniem” doszukuje się w eksplozji materii z wnętrza gwiazdy, która utworzyła ogromną chmurę pyłu i w konsekwencji przysłoniła nam widok na gwiazdę.
Poniższe zdjęcia ujawniają wyrazisty obiekt niepodobny do Słońca. W przeciwieństwie do pojedynczej, gładkiej kuli gorącej plazmy, Betelgeza jest nieregularną grupą bąbli wrzącego gazu, niektóre z nich są tak duże jak małe gwiazdy. Wielkie smugi gorącej materii unoszą się z jądra Betelgezy na jej powierzchnię, następnie stygną i znowu znikają we wnętrzu. Przypomina to cykl słoneczny na sterydach. Raz na kilka wieków Betelgeza uwalnia bąbel tak duży, że następuje „Wielkie przyciemnienie”. Natomiast to wszystko nie znaczy, że gwiazda wybuchnie. Chyba że rzecz jasna, założenia astronomów są niepoprawne.
Kres życia
Wprawdzie Betelgeza od tamtego czasu odzyskała swą zwykłą jasność, jednakże nie powróciła w pełni do stanu sprzed „Wielkiego przyciemniena”. Okres jej oscylacji wynoszący 400 dni skrócił się do 200 dni, ponadto gwiazda wydaje się teraz przechodzić fazę niebywałego rozjaśnienia, co ekscytuje obserwatorów nieba.
„Nasze najlepsze modele wskazują, że Betelgeza jest w stadium, w którym w swoim jądrze spala hel w węgiel i tlen” – powiedział Morgan MacLeod, habilitant astrofizyki teoretycznej na Uniwersytecie Harvarda i główny autor ostatnich badań na temat „Wielkiego przyciemnienia” Betelgezy – „Oznacza to, że pozostało tysiące, może setki tysięcy lat do eksplozji, jeśli modele te są poprawne”.
Chociaż standardowe życie gwiazdy kończy się kiedy wyczerpie ona wodór i rozpoczyna fuzję helu w jądrze, to jej przedłużone życie jako czerwony olbrzym trwa nawet po fazie spalania helu. Kiedy ten się kończy, gwiazda utrzymuje się, spalając węgiel i tlen do neonu i magnezu, następnie spalając je w krzem. Ostatecznie jądro gwiazdy wypełnia się żelazem i wtedy zaczyna się robić ciekawie.
„Dodanie jądra helu do atomu żelaza w rzeczywistości pochłania energię, a nie ją uwalnia” – powiedział MacLeod – „Więc nagle, zamiast przeprowadzać reakcję uwalniającą duże ilości energii, jądro gwiazdy zaczyna pochłaniać energię. Gdy to się dzieje jądro gwiazdy zapada się, tak jakby wywinięte na drugą stronę, prowadzi to do powstania tego, co nazywamy supernową typu II”.
Choć etap spalania wodoru może trwać miliardy lat, to każda następna faza jest coraz krótsza.
„Faza spalania helu trwa kilkaset tysięcy lat” – tłumaczył Miguel Montargès, habilitant w Laboratorium Nauk Kosmicznych i Instrumentalizacji w Astrofizyce Obserwatorium Paryskiego i ekspert do spraw Betelgezy – „Potem następuje faza trwająca około 10 tysięcy lat, później kilkutysiącletnia, stulenia, a ostatnią stanowi kilka dni i godzin przed eksplozją”.
Tak jak MacLeod Montargès uważa, że Betelgeza wciąż ma wiele tysięcy lat życia przed sobą i jest raczej obojętna niedawnemu, niespodziewanemu rozjaśnieniu. Właściwie gwiazda już kiedyś była taka jasna, powiedział, aczkolwiek przez krótki okres czasu.
„Jeżeli porównamy bieżącą jasność z »Wielkim przyciemnieniem« okazuje się ono dość znikome” – stwierdził Montargès – „Podczas »Wielkiego przyciemnienia« magnitudo obniżyło się z 0,8 na 1,75. Z kolei, typowa maksymalna jasność wynosi w przybliżeniu 0,3, a teraz jest to 0,1”.
Grafika ukazuje przewidywane zmiany w jasności Betelgezy. Wyrzucana materia ochłodziła się i uformowała chmurę pyłu, która sprawiła, że gwiazda tymczasowo wydawała się ciemniejsza. Zaburzyło to jej czterystodniowy cykl, który astronomowie obserwowali przez ponad 200 lat. Możliwe, że wnętrze gwiazdy trzęsie się teraz jak galareta.
Powrót do normalności
W pracy opublikowanej na internetowym repozytorium arXiv 16 maja MacLeod i jego koledzy nie spodziewają się supernowej, ale przewidują, że Betelgeza wróci do swojego pierwotnego czterystodniowego cyklu zmian jasności w przeciągu następnych 5 do 10 lat.
„Uważamy, że zmiana w czasie trwania cyklu jest powiązana z wydarzeniem, które spowodowało »Wielkie przyciemnienie«” – oznajmił MacLeod – „Jesteśmy zdania, że olbrzymi bąbel, który przebił się z środka gwiazdy przed przyciemnieniem spowodował to, że powłoka gwiazdy i jej wnętrze zaczęły poruszać się w przeciwnych kierunkach, w rezultacie gwiazda pulsuje teraz dwa razy szybciej w porównaniu do swojego normalnego cyklu”.
Betelgeza jest ogromną gwiazdą. Jeśli umieścilibyśmy ją w centrum Układu Słonecznego, dosięgałaby aż do Jowisza. Rozmiar gwiazdy wraz z jej położeniem w naszej galaktyce — Drodze Mlecznej — umożliwia astronomom badania Betelgezy bardziej szczegółowo niż większość gwiazd.
„Większość gwiazd, nie licząc Słońca, w ogóle nie mogą być szczegółowo zbadane” – powiedział MacLeod – „Widzimy je tylko jako punktowe źródła światła. Lecz Beletgeza jest na tyle duża, że możemy ją poznać przy użyciu teleskopu Hubble’a i radioteleskopów”.
Czego dowiedzielibyśmy się, gdyby Betelgeza stała się supernową?
VY Canis Majoris wyrzuca ogromne ilości gazów podczas wybuchów.
Dzięki możliwościom naszych najlepszych teleskopów astronomowie mogą na tyle dokładnie zobaczyć co dzieje się w zewnętrznych warstwach Betelgezy, że możliwy jest pomiar składu chemicznego jej atmosfery. Aczkolwiek nie ma sposobu, aby dowiedzieć się, co naprawdę zachodzi w jądrze gwiazdy. Czy przeprowadza syntezę helu? Czy już zaczęła spalać węgiel? Jeśli tak, skąd mamy o tym wiedzieć?
Montargès powiedział, że wiele z naszych założeń na temat Betelgezy pochodzi z obserwacji innych czerwonych olbrzymów. Przykładowo, VY CMa — kolejny czerwony olbrzym w naszej Galaktyce znajdujący się w odległości 3,9 tys. lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Wielkiego Psa — uważany jest za bliższego śmierci niż Betelgeza. Jednak w przeciwieństwie do niej VY CMa nieustannie ściemnia się od ponad 100 lat.
„Sto lat temu VY CMa był widoczny gołym okiem na niebie” – porównywał Montargès – „Lecz pozbył się tyle materii, że obecnie możemy ujrzeć go tylko w podczerwieni. Takiego wyrzucania materii spodziewamy się, gdy gwiazda jest bliska eksplozji jako supernowa. VY CMa straciła już około 60% swojej pierwotnej masy, podczas gdy Betelgeza nadal posiada jej 95%”.
Astronom dodał, że według zapisów historycznych Betelgeza była opisywana jako żółta gwiazda. Dopiero 2000 lat temu poeci zaczęci nazywać ją czerwoną. Dlatego Montargès uważa, że Betelgeza ledwie zaczyna swój etap życia jako czerwony olbrzym.
Drugie Słońce
Mimo wszystko Montargès rozumie podekscytowanie niewykluczoną śmiercią Betelgezy. Ostatecznie gwiazda eksploduje, a wtedy wiadomość o tym miesiącami widnieć będzie na okładkach magazynów.
„Kiedy to się stanie, gwiazda będzie tak jasna, jak Księżyc w pełni, tyle że będzie ona skupiona w jednym punkcie” – powiedział Montargès – „Przez pierwsze dwa miesiące może być tak jasna, że jeśli zgasić wszystkie światła w mieście przy bezchmurnej pogodzie, dałoby się czytać książkę w świetle supernowej. Będzie widoczna również w dzień. Na niebie pojawi się druga gwiazda widoczna w ciągu dnia.”
Ta pomarańczowa plama to Betelgeza widziana z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Po raz pierwszy ALMA zaobserwował powierzchnię gwiazdy. Ta pierwsza próba zaowocowała w najwyższej jakości ujęcie Betelgezy do tej pory.
Na szczęście Betelgeza jest na tyle bliska, że zapewni takie widowisko, a jednak zbyt oddalona, aby była dla nas niebezpieczna. Astronomowie uważają, że olbrzym musiałby wybuchnąć w odległości do 160 lat świetlnych od naszej planety, abyśmy odczuli skutki eksplozji (według EarthSky).
Ostatnia znana supernowa w Drodze Mlecznej to SN 1604 znana też jako Nowa Keplera. Nazwana została na cześć Johannesa Keplera, który opisał ją w książce „De Stella Nova”.
Według zapisów historycznych ta 30 razy bardziej oddalona supernowa była widoczna w dzień przez ponad trzy tygodnie. Montargès przewiduje, że Betelgeza niedługo wróci do swojego wcześniejszego stanu. Przez kolejnych kilka miesięcy gwiazda nie będzie widoczna, ponieważ znajdzie się zbyt blisko Słońca. Astronomowie muszą poczekać do końca lata, aby zbadać jej stan.
„Jeśli we wrześniu będzie równie jasna lub jaśniejsza niż teraz powinniśmy zacząć zastanawiać się nad tym co się dzieje” – stwierdził Montargès – „Jednak według mnie obecne stadium nie wzbudza zainteresowania”.
