Потускнение Бетельгейзе, наблюдавшееся в конце прошлого года и продолжавшееся до апреля этого года, не было вызвано пылью, затмевающей сияние звезды, или приближающейся сверхновой, показала международная группа ученых. По их мнению, гигантские пятна, похожие на солнечные, которые покрывают от 50 до 70 процентов поверхности звезды, ответственны за странное поведение красного сверхгиганта.
В конце прошлого года астрономы, наблюдающие за Бетельгейзе, заметили значительное снижение яркости красного сверхгиганта. Ученые, пытающиеся объяснить внезапное потускнение звезды, рассматривали несколько сценариев. Команда под руководством Тавиши Дхармавардена из Института астрономии Макса Планка показала, что причиной снижения яркости, скорее всего, являются необычно большие пятна на поверхности Бетельгейзе, похожие на пятна на Солнце.
Красные сверхгиганты
Бетельгейзе, как и другие красные сверхгиганты, подвержена частым изменениям яркости. Однако внезапное потускнение звезды в период с октября 2019 года по апрель 2020 года примерно до 40 процентов от ее нормальной яркости удивило астрономов. Ученые исследовали различные сценарии, чтобы объяснить изменение яркости звезды, которая была видна невооруженным глазом. Некоторые предположили, что это была пыль, затмевающая яркость звезды. Другие говорили о приближающейся сверхновой звезде. Но международная группа астрономов под руководством Дхармавардены нашла другое, менее эффектное объяснение.
В новом исследовании, опубликованном в журнале The Astrophysical Journal, ученые показали, что именно температурные изменения в фотосфере — видимом, поверхностном слое звезды — вызвали снижение яркости. Наиболее вероятным источником таких температурных изменений являются гигантские солнечные пятна, более холодные, чем остальная поверхность звезды, подобно солнечным пятнам, покрывающим от 50 до 70 процентов поверхности звезды.
— К концу своей жизни звезды становятся красными сверхгигантами. По мере истощения запасов топлива меняются процессы, с помощью которых звезды высвобождают энергию, объяснил Дхармавардена. В результате они разбухают, становятся нестабильными и пульсируют, что мы видим как колебания яркости.
Бетельгейзе
Бетельгейзе находится на расстоянии около 640 световых лет от нас. Она примерно в 20 раз массивнее и примерно в 1 000 раз больше нашего Солнца. Размещенный в центре Солнечной системы, он будет близок к достижению орбиты Юпитера. Из-за своего размера гравитационное притяжение на поверхности звезды меньше по сравнению со звездой той же массы, но меньшего радиуса. Поэтому пульсации могут относительно легко выбросить внешние слои такой звезды. Высвобожденное вещество остывает и превращается в соединения, которые астрономы называют пылью. Именно поэтому красные сверхгиганты являются важным источником тяжелых элементов во Вселенной. Планеты и живые организмы в конечном итоге развиваются из выбросов, в частности, сверхгигантов. Ранее астрономы считали выбросы светопоглощающей пыли наиболее вероятной причиной быстрого снижения яркости звезды.
Чтобы проверить эту гипотезу, Дхармавардена и его коллеги проанализировали новые и архивные данные радиотелескопов Atacama Pathfinder Experiment (APEX) и телескопа Джеймса Клерка Максвелла. Эти телескопы работают на миллиметровых и субмиллиметровых длинах волн. Это излучение известно как терагерцовое излучение. Астрономы используют эти волны для изучения межзвездной пыли. Холодная пыль хорошо видна на этих длинах волн.
Уменьшение яркости Бетельгейзе на снимках прошлого года, фото ESO/M. Монтаржес и др.
— Мы были удивлены, что Бетельгейзе стала на 20 процентов тусклее даже в субмиллиметровом диапазоне длин волн, — признался Стив Мейрс из Восточно-Азиатской обсерватории, участвовавшей в исследовании. Ученые, изучающие межзвездную пыль, отметили, что такое поведение не согласуется с присутствием пыли. Чтобы сделать более точную оценку, они рассчитали, какое влияние окажет пыль на измерения в этом спектральном диапазоне. Оказалось, что наблюдаемое снижение яркости действительно не может быть связано с пылевым облаком.
Пятна на Бетельгейзе
Яркость звезды зависит от ее диаметра и особенно от температуры ее поверхности. Если размер звезды уменьшается, то яркость уменьшается одинаково во всех длинах волн. Однако изменения температуры по-разному влияют на испускаемое излучение. По мнению ученых, измеренное затемнение в видимом свете и на субмиллиметровых длинах волн свидетельствует о снижении средней температуры поверхности Бетельгейзе.
— На соответствующих снимках Бетельгейзе с высоким разрешением, сделанных в декабре 2019 года, видны области различной яркости. Это явный признак того, что огромные пятна покрывали от 50 до 70 процентов видимой поверхности звезды и имели более низкую температуру, чем более яркая фотосфера, сказал Питер Сциклуна из Европейской южной обсерватории (ESA), соавтор исследования.
Пятна на Солнце регулярно появляются и исчезают, усиливаясь во время солнечного максимума — фазы интенсивной активности, которая происходит каждые 11 лет. Пятна на других звездах также встречаются, в том числе на красных сверхгигантах, но не в наблюдаемых масштабах. О периодах их появления известно немного, хотя теоретические модели, похоже, согласуются с продолжительностью уменьшения яркости Бетельгейзе. Также мало известно о том, как пятна влияют на другие звезды, особенно на эволюционировавшие звезды, такие как Бетельгейзе.
— Наблюдения в ближайшие годы покажут, связано ли быстрое снижение яркости Бетельгейзе с циклом пятен. В любом случае, Бетельгейзе останется интересным объектом для будущих исследований, заключил Дхармавардена.
