NASA: megoldódhat a téli égbolt egyik szupernóva-robbanás előtt álló fényes csillagának rejtélye

A téli égbolt egyik leglátványosabb csillagképében, az Orionban található hatalmas méretű és a megfigyelések szerint közvetlenül a szupernóva-robbanás előtt álló Betelgeuse 2100 naponta rejtélyes módon elhalványul. A tudósok teljesen értetlenül álltak e különös jelenség előtt, de most úgy tűnik, hogy a NASA Hubble-űrteleszkópjának megfigyelései megoldhatják a Betelgeuse egyik legnagyobb talányát.

Szupernóva-robbanás művészi ábrája. A Betelgeuse is csillagászati idősíkon mérve rövidesen gigantikus kozmikus robbanást fog produkálni Fotó: Devianart

A NASA űrtávcsöve, az oly sok felfedezéssel büszkélkedő Hubble-űrteleszkóp igénybevételével egy tudóscsoport arra tett kísérletet, hogy megfejtse a közeli szupernóva-robbanás előtt álló Betelgeuse egyik nagy rejtélyét, amit sokan azzal hoztak összefüggésbe, hogy már küszöbönáll és „bármelyik pillanatban” bekövetkezhet a gigantikus kozmikus detonáció. 

A NASA Hubble-űrtávcsövével az univerzum sok rejtélyét sikerült már megfejteni. Fotó: NASA Hubble Space Telescope

A NASA űrtávcsövét hívták segítségül egy rejtélyes jelenség megfejtésére

Amikor a vörös szuperóriás, a Betelgeuse a gravitációs kollapszus miatt összeomlik, a téli égbolton szabad szemmel is könnyen azonosítható és vöröses fényben sziporkázó csillag szupernóvaként felragyogva két hétig olyan fényes lesz az égen, mint a telihold, árnyékokat vetve az éjszakában, majd ezt követően 6–12 hónapig a nappali égbolton is látszani fog. 

Kétségkívül ez lesz minden idők egyik leglátványosabb égi jelensége, 

de annak pontos meghatározása, hogy ez mikor fog bekövetkezni, korántsem egyszerű feladat. 

Így ragyogna szupernóvaként az esti égbolton a Betelgeuse. Forrás: YouTube

A Betelgeuse az Orion csillagkép legfényesebb, és az éjszakai égbolt kilencedik legfényesebb csillaga a Földhöz viszonylag közel, 548 fényév távolságra fekvő M2Iabh színképosztályba tartozó vörös szuperóriás, ami az egyik legnagyobb fizikai méretű ismert csillag. A Betelgeuse átmérője a Nap átmérőjének mintegy 764-szerese. A megfigyelések szerint 1993-tól kezdve fokozatosan elkezdett összehúzódni, az elmúlt harminc évben mintegy 15 százalékkal csökkent az átmérője. Ebből több asztrofizikus is arra a következtetésre jutott, hogy elkezdődött a Betelgeuse gravitációs összehúzódása, ami végül egy hatalmas szupernóva-robbanásban fog kiteljesedni. A Betelgeuse volt az első olyan csillag, amit sikerült optikai teleszkóppal nem pontszerűként, hanem korongméretre nagyított formában is megfigyelni.

Ami a csillagászati megfigyelések alapján bizonyos, hogy a Betelgeuse már a gravitációs összeomlás, illetve a szupernóva-robbanás kapujában áll, így ez az esemény elvben bármikor bekövetkezhet. A közelmúltbeli megfigyelések során többször is azt tapasztalták, hogy a hatalmas vörös szuperóriás hirtelen elhalványult, majd ismét fényesebb lett.

Az Orion csillagképben (mindét képen  felül középen) lévő Betelgeuse fényességváltozását szemléltető fotó. Forrás:  Wikimedia Commons/H. Raab

E fényességingadozás alapján többen is felvetették annak lehetőségét, hogy a Betelgeuse szupernóva-robbanása akár évek vagy néhány évtized távlatában is bekövetkezhet, vagyis olyan rövid időn belül, amit nem csillagászati időkeretben mérünk. 

De az még mindig nem világos, hogy a csillag mikor fog szupernóvaként felragyogni, 

és a képet némileg tovább zavarja, hogy az olyan vörös óriás csillagok, mint a Betelgeuse, folyamatosan port és gázt bocsátanak ki, ami elhomályosíthatja a fényüket, azt a látszatot keltve, mintha maga a csillag halványulna el vagy válna fényesebbé. 

Az Orion csillagkép asztrofotója. A bal felső sarokban látszó vörös csillag a Betelgeuse. Forrás:  Wikimedia Commons/Rogelio Bernal Andreo

A helyzetet még tovább bonyolítja, hogy 2024-ben és 2025-ben két független kutatócsoport is arra a következtetésre jutott, hogy a vörös szuperóriás 2100 naponta bekövetkező periodikus elhalványulása valószínűleg egy, a Betelgeuse külső légkörében keringő kísérőcsillag, a Siwarha eredménye.

Rejtett kísérő befolyásolhatja a kozmikus gigász viselkedését

„A Betelgeuse név jelentése az arabból származó ’al-Jawzā keze’ kifejezésből ered; az ’al-Jawzā’ pedig egy régi arab mondabeli női alak, akinek a csillagai nagyrészt megegyeztek a görög Orionnal” – magyarázza a Nemzetközi Csillagászati ​​Unió. „Tekintettel arra, hogy az alfa Ori A nevű csillag az »al-Jawzā’keze« körül kering, a felfedezőcsoport azt javasolta, hogy a kísérőcsillagot Siwrah-nak (arabul: سوارها-, vagyis »az ő karkötőjének« nevezzék el” – írja az Ilf Science tudományos hírportál. 

A Betelgeuse asztrofotója. Fotó: Adam Block/Steward Observatory/University of Arizona

A Betelgeuse-hez hasonló vörös szuperóriásokról már korábban kimutatták, hogy hosszú másodlagos periódusokkal, vagyis a fényesség hosszú időszakok alatti változásával rendelkeznek. Ezeket az úgynevezett hosszú másodlagos periódusokat több okra vezetik vissza, a legelfogadottabb hipotézis szerint ezt a jelenséget a vörös óriások kísérőcsillagai okozhatják. 

A Betelgeuse megfigyelései alapján az asztronómusok azt feltételezték, hogy a csillag valójában egy kettős rendszer része, 

ami megmagyarázza a 2019/2020-as nagy halványulásként ismertté vált eseményt. Egy új, a NASA Hubble-űrtávcsövének, valamint a Fred Lawrence Whipple Obszervatórium és a Roque de Los Muchachos Obszervatórium földi távcsöveinek megfigyeléseit felhasználó, a Betelgeuse fényének nyolc éven át tartó változásait nyomon követő tanulmányában egy kutatócsoport úgy véli, hogy sikeresen megfigyelték a Betelgeuse kísérőcsillaga, a Siwarha nyomát, amint az áthaladt a vörös szuperóriás légkörén.

A Betelgeuse légkörének fotója, a középső fényes mag a vörös szuperóriás korongja

„Ez kissé olyan, mint egy vízen haladó csónak mozgása. A kísérőcsillag hullámhatást kelt a Betelgeuse légkörében, amit az észlelési adatokban is láthatunk” – magyarázza Andrea Dupree, a Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian csillagásza és a tanulmány vezető szerzője. „Most először látjuk közvetlen jeleit ennek a gáznyomnak, ami megerősíti, hogy a Betelgeuse-nek valóban van egy rejtett kísérője, ami befolyásolja a viselkedését” – fűzi hozzá Andrea Dupree.

Ez állhat a 2100 naponként bekövetkező elhalványulás hátterében

A tudósok már eddig is gyanították, hogy a Betelgeuse-nek létezhet egy kísérője, de a most publikált megfigyelések több bizonyítékot is szolgáltatnak erre. A kutatócsoport által kiadott közlemény szerint a megfigyeléseik és méréseik „megoldják az óriáscsillaggal kapcsolatos egyik legnagyobb rejtélyt”, megmagyarázva a 2100 földi napnak megfelelő periódussal bekövetkező elhalványulását.

A Betelgeuse teleszkópos képe extra nagy nagyításban. Fotó: Phys.org

 „Az az elképzelés, hogy a Betelgeuse-nek van egy láthatatlan kísérője, az elmúlt években egyre népszerűbb hipotézissé vált, de közvetlen bizonyítékok hiányában ez csak egy bizonyítatlan elmélet volt” – magyarázza Andrea Dupree, a tanulmány vezető szerzője. „Ezzel az új közvetlen bizonyítékkal a Betelgeuse az első helyre került, hogy megfigyelhessük, hogyan változik egy ilyen típusú óriáscsillag az idő múlásával. A kísérőjétől származó nyom megtalálása azt jelenti, hogy most már sokkal jobban megérthetjük, hogyan fejlődnek, illetve hogyan veszítenek anyagot és végül hogyan robbannak fel szupernóvaként az ilyen óriáscsillagok.” 

Szupernóva-robbanás művészi ábrája. Fotó: AFP

A Betelgeuse légkörében lévő gáz és por, valamint azok irányának és sebességének nyomon követése alapján a kutatócsoport arra a következtetésre jutott, hogy a 2100 naponként bekövetkező változás a kísérőcsillag Betelgeuse korongja előtt való áthaladásának köszönhető.

Hangsebességgel terjedő turbulens hullámok a vörös óriás légkörében

A kísérőcsillag a Betelgeuse-ből származó töltött részecskékből álló csillagszelet gravitációsan a saját közelében fókuszálja, egy olyan nyomot képezve, amelynek elsődleges iránya a csillag pályájának irányába mutat – magyarázza a tudóscsapat a tanulmányában. „Ebben a nyomban sűrűbb, lökéshullám által keltett gázt sodorna magával, amely az elhaladó lökéshullám mögött halmozódhat fel. Arra számíthatunk, hogy ez a nyomkövető anyag meglehetősen változó lesz a benne található különböző hőmérsékletű turbulens gáz, valamint a turbulens sebesség miatt, ami nagyobb mint az átlagos hangsebesség” – írják a kutatók. 

A Betelgeuse és az Antares vörös szuperóriásokhoz képest a Nap mérete a képen csak alig felfedezhető egy pixelnek megfelelő pont. Fotó: ESA/NASA

„Ez a nyomvonal oldalirányban tágul, méghozzá nagyjából hangsebességgel, vagyis ~6 km/s sebességgel – teszi hozzá a csapat. „Tehát amíg a kísérőcsillag nyoma a Betelgeuse korongján való áthaladásának kezdetén kicsi, a pálya előrehaladtával ez fokozatosan kiszélesedik azonban, és ekkor már a vörös óriás korongjának nagyobb részét lefedi” – magyarázzák a kutatók. A kísérőcsillagot jelenleg eltakarja a Betelgeuse, de a kutatók további megfigyeléseket terveznek, amikor a Siwarha 2027 augusztusában ismét felbukkan a vörös szuperóriás mögül.

Az arXiv preprint szerverre feltöltött, és a The Astrophysical Journal szaklap által elfogadott tanulmány teljes terjedelmében és angol nyelven itt olvasható el.

Az új kutatás szerint:

• a szupernóva-robbanás előtt álló Betelgeuse vörös szuperóriás
• 2100 naponta bekövetkező periodikus elhalványulását
• a mindeddig ismeretlen kísérőcsillaga,
• a Siwarha átvonulásai okozzák.