Betelgeuse znalazła się ostatnio w centrum uwagi mediów. Czerwony nadolbrzym zbliża się do końca swojego życia, a kiedy umiera gwiazda o masie 10 razy większej od Słońca, gaśnie w spektakularny sposób.
Ponieważ jasność spadła niedawno do najniższego poziomu od stulecia, wielu entuzjastów kosmosu jest zachwyconych, że Betelgeuse może wkrótce stać się supernową, eksplodując olśniewającymi fajerwerkami, które można zobaczyć nawet w świetle dziennym.
Chociaż słynna gwiazda na ramieniu Oriona prawdopodobnie umrze w ciągu następnego miliona lat – prawie kilku dni w czasie kosmicznym – naukowcy argumentują, że jej ciemnienie jest spowodowane pulsowaniem gwiazdy. Zjawisko to jest stosunkowo powszechne wśród czerwonych nadolbrzymów i wiadomo, że Betelgeuse przebywa w tej grupie od dziesięcioleci.
Przypadkowo naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara dokonali już prognoz dotyczących jasności supernowej, która może wystąpić, gdy pulsująca gwiazda, taka jak Betelgeuse, eksploduje.
Doktorant fizyki Jared Goldberg opublikował badanie z Larsem Buildstenem, dyrektorem P.I. Kavli (KITP) i profesor fizyki Glucka i starszy naukowiec z KITP, Bill Paxton, który szczegółowo opisuje, w jaki sposób pulsacja gwiazdy wpłynie na późniejszą eksplozję. Artykuł ukazuje się w Astrophysical Journal.
„Chcieliśmy wiedzieć, jak by wyglądało, gdyby pulsująca gwiazda eksplodowała w różnych fazach pulsacji” – powiedział Goldberg, badacz z National Science Foundation. „Wcześniejsze modele są prostsze, ponieważ nie obejmują efektów tętnienia zależnych od czasu”.
Kiedy gwiazda wielkości Betelgezy w końcu wyczerpie się z materii i połączy się w jej środku, traci zewnętrzne ciśnienie, które powstrzymywało ją przed zapadnięciem się pod własnym ogromnym ciężarem. Wynikające z tego zapadnięcie się jądra następuje w pół sekundy, znacznie szybciej niż potrzeba, aby zauważyć powierzchnię gwiazdy i pulchne warstwy zewnętrzne.
Kiedy żelazne jądro rozpada się, atomy dysocjują na elektrony i protony. Łączą się, tworząc neutrony i uwalniając przy tym wysokoenergetyczne cząstki zwane neutrinami. Zazwyczaj neutrina prawie nie oddziałują z inną materią – 100 bilionów z nich przechodzi przez twoje ciało na sekundę bez zderzenia.
Niemniej jednak supernowe to jedne z najpotężniejszych zjawisk we wszechświecie. Liczby i energie neutrin powstających podczas zapadania się jądra są tak duże, że chociaż tylko niewielka ich część zderza się z materią gwiazdową, zwykle jest to więcej niż wystarczające do wystrzelenia fali uderzeniowej, która może eksplodować gwiazdę.
Powstała eksplozja uderza w zewnętrzne warstwy gwiazdy z oszałamiającą energią, tworząc eksplozję, która może na krótko przyćmić światło całej galaktyki. Eksplozja pozostaje jasna przez około 100 dni, ponieważ promieniowanie może uciec dopiero wtedy, gdy zjonizowany wodór połączy się z utraconymi elektronami i ponownie stanie się neutralny.
Charakterystyka supernowej zmienia się w zależności od masy gwiazdy, całkowitej energii eksplozji i, co ważne, jej promienia. Oznacza to, że tętnienie Betelgeuse znacznie utrudnia przewidywanie, jak wybuchnie.
Naukowcy odkryli, że jeśli cała gwiazda pulsuje jednocześnie – wdychając i wydychając, jeśli chcesz – supernowa będzie zachowywać się tak, jakby Betelgeza była statyczną gwiazdą o określonym promieniu. Jednak różne warstwy gwiazdy mogą oscylować względem siebie: warstwy zewnętrzne rozszerzają się, a warstwy środkowe kurczą się i odwrotnie.
„Światło ze skompresowanej części gwiazdy jest słabsze” – wyjaśnił Goldberg – „dokładnie tak, jak oczekiwalibyśmy od bardziej zwartej, niepulsującej gwiazdy”. W międzyczasie światło z części gwiazdy, które wówczas się rozszerzały, wydawałoby się jaśniejsze, jakby pochodziło z dużej, niepulsującej gwiazdy.
Goldberg planuje przedstawić artykuł z profesorem fizyki Andym Howellem i badaczem KITP Evanem Bauerem w Notes to Research Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, podsumowujący wyniki symulacji, które przeprowadzili specjalnie dla Betelgeuse.
Źródła: Zdjęcie: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
