Zwakker worden Betelgeuze vermoedelijk veroorzaakt door enorme uitbarsting

Artist impression stofwolk bij Betelgeuze
Deze artist impression is gemaakt met een afbeelding van Betelgeuze uit 2019, gemaakt met het SPHERE-instrument van ESO’s Very Large Telescope. Afbeeldingscredit: ESO / NASA / ESA / Hubble / M. Kornmesser.

De rode superreus Betelgeuze is een van de helderste sterren aan de nachtelijke sterrenhemel. De ster is mede zo helder vanwege de relatief kleine afstand tot de Aarde. Betelgeuze is namelijk slechts 650 lichtjaar van ons verwijderd. De ster verandert periodiek van helderheid. Dit werd voor het eerst omstreeks 1830 opgemerkt door de Engelse astronoom John Herschel. In december 2019 en het eerste kwartaal van 2020 werd Betelgeuze onverwacht veel minder helder. Tussen 7 en 13 februari 2020 werd een historisch minimum bereikt.

Dit afzwakken stelde astronomen voor een raadsel. Die stelden in allerijl allerlei theorieën op die dit moesten verklaren. Ultraviolette waarnemingen gedaan met de Hubble Space Telescope suggereren nu dat het afzwakken vermoedelijk werd veroorzaakt doordat de ster een enorme hoeveelheid superheet materiaal de ruimte in schoot. Dat materiaal koelde af en vormde een stofwolk die het sterlicht tegenhield van ongeveer een kwart van het oppervlak van Betelgeuze.

Met de Hubble zagen we het materiaal terwijl het het zichtbare oppervlak van de ster verliet en door de atmosfeer bewoog, voordat het stof ontstond waardoor de ster verduisterde, aldus de onderzoekers. De onderzoekers konden het effect zien van een dicht, heet gebied in het zuidoosten van de ster dat naar buiten bewoog.

Dit materiaal was twee tot vier maal zo helder als de normale helderheid van de ster. Ongeveer een maand later vervaagde het zuidelijk halfrond van Betelgeuze duidelijk naarmate de ster zwakker werd.

De astronomen denken dat het mogelijk is dat er een donkere wolk is ontstaan door de uitstroom die de Hubble Telescope detecteerde. Alleen de Hubble is in staat dit bewijs te leveren.

De astronomen begonnen vorig jaar de Hubble te gebruiken om de rode superreus te observeren. Hun waarnemingen zijn onderdeel van een driejarig programma om met behulp van de Hubble de variaties in de buitenste atmosfeer van de ster te bestuderen.

De gevoeligheid van de telescoop voor ultraviolet licht maakte het voor de astronomen mogelijk om de lagen boven de atmosfeer te bestuderen. Deze lagen zijn zo heet dat ze voornamelijk in het ultraviolette deel van het spectrum hun licht uitzenden. In zichtbaar licht zijn ze niet te zien.

Deze lagen worden deels verhit door de turbulente convectiecellen die naar het oppervlak toe bubbelen.

Het ruimtelijk oplossen van een steroppervlak is alleen mogelijk in gunstige gevallen en alleen met de best beschikbare apparatuur. Wat dat betreft zijn betelgeuze en Hubble voor elkaar gemaakt.

Deze vier afbeeldingen tonen de ontwikkeling van de stofwolk bij Betelgeuze
Deze vier afbeeldingen illustreren hoe de zuidelijke regio van de snel evoluerende, felrode superreus Betelgeuze gedurende enkele maanden zwakker werd gedurende 2019-2020. In de eerste twee afbeeldingen, zoals te zien in ultraviolet licht met Hubble, wordt een heldere, hete klodder plasma uitgestoten door de opkomst van een enorme convectiecel op het oppervlak van de ster. In afbeelding 3 zet het uitstromende verdreven gas zich snel naar buiten uit. Het koelt af en vormt een enorme wolk van verduisterende stofdeeltjes. De laatste afbeelding toont de enorme stofwolk die het licht (gezien vanaf de aarde) blokkeert vanaf een kwart van het oppervlak van de ster. Afbeelding tegoed: NASA / ESA / E. Wheatley, STScI.

Hubble spectra, genomen begin en eind 2019 en in 2020 hebben aan de hand van spectraallijnen van geïoniseerd magnesium de buitenste delen van de atmosfeer bekeken.

Van september tot november 2019 zagen de onderzoekers materiaal dat van het oppervlak van de ster naar de buitenste delen van de atmosfeer migreerde.

Dit hete, compacte materiaal bleef buiten het zichtbare oppervlak van Betelgeuze bewegen en bereikte een afstand van miljoenen kilometers van de ster. Op die afstand koelde het materiaal voldoende af om stof te vormen.

Deze interpretatie komt overeen met waarnemingen in ultraviolet licht van de Hubble in februari 2020. Die waarnemingen toonden aan dat het gedrag van de buitenste atmosfeer van de ster weer normaal werd, ok al was de ster in zichtbaar licht nog steeds aan het afzwakken.

Hoewel de oorzaak van de uitbarsting niet bekend is denken de onderzoekers dat die werd geholpen door de pulsatiecyclus van de ster. Deze cyclus ging gewoon door tijdens de gebeurtenis.

Het team gebruikte ook een geautomatiseerde telescoop die STELLar Activity (STELLA) heet. Met deze telescoop kunnen veranderingen in de snelheid van het gas aan het oppervlak van de ster worden waargenomen. Tijdens een pulsatiecyclus stijgt dit gas en daalt het weer.

STELLA is ontworpen om individuele objecten gedurende langere tijd waar te nemen. Dit zijn in het bijzonder magnetisch actieve sterren. De telescoop is perfect geschikt voor het waarnemen van heldere sterren als Betelgeuze. STELLA neemt de ster al sinds 2006 iedere heldere nacht waar.

Betelgeuze was tijdens zijn cyclus aan het uitdijen en in dezelfde tijd kwam de convectiecel naar boven toe. De pulsatie die naar buiten toe beweegt heeft mogelijk bijgedragen aan de uitstromen van het plasma door de atmosfeer.

In augustus en september kan Betelgeuze weer met de Hubble worden waargenomen. Op dit moment bevindt Betelgeuze zich, van ons uit gezien, te dicht bij de Zon en kan dus niet worden waargenomen met de Hubble.

Een artikel met de bevindingen is gepubliceerd in het tijdschrift “Astrophysical Journal”.

Artikel: Andrea K. Dupree et al. 2020. Spatially Resolved Ultraviolet Spectroscopy of the Great Dimming of Betelgeuse. ApJ 899, 68; doi: 10.3847/1538-4357/aba516

Eerste publicatie: 15 augustus 2020
Bron: Hubble/NASA