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Steht die Beteigeuse vor der Explosion? Verdunkelung des Roten Überriesen ist das nicht cool.

 

Betelgeuse vor und nach dem Dimmen

Beobachtungen des Sterns Betelgeuse mit dem Very Large Telescope der ESO im Januar und Dezember 2019, die die erhebliche Verdunkelung des Sterns zeigen. Bildnachweis: ESO / M. Montargès et al.

Das Abblenden des Sterns ist kein Zeichen einer bevorstehenden Explosion: Eine Studie zeigt, dass Betelgeuse wahrscheinlich nicht kalt ist, sondern nur staubig.

Ende letzten Jahres kam die Nachricht, dass der Stern Betelgeuse deutlich verblasst und schließlich auf etwa 40% seiner üblichen Helligkeit absinkt. Die Aktivität heizte die Spekulationen an, dass der Rote Überriese bald als massive Supernova explodieren würde.

Astronomen haben jedoch günstigere Theorien, um das Abblendungsverhalten des Sterns zu erklären. Und Wissenschaftler der Universität von Washington und des Lowell-Observatoriums glauben, dass sie für eine von ihnen Unterstützung haben: Betelgeuse verdunkelt sich nicht, weil er kurz vor der Explosion steht – er ist nur staubig.

In einem Papier, das im Astrophysical Journal Letters angenommen und auf der Preprint-Website arXiv veröffentlicht wurde, berichten Emily Levesque, eine UW-Assistenzprofessorin für Astronomie, und Philip Massey, ein Astronom der Lowell-Sternwarte, dass Beobachtungen von Betelgeuse, die am 14. Februar 2020 in der Sternwarte in Flagstaff, Arizona, gemacht wurden, es ihnen ermöglichten, die durchschnittliche Oberflächentemperatur des Sterns zu berechnen. Sie entdeckten, dass Beteigeuze deutlich wärmer ist als erwartet, wenn die kürzliche Verdunkelung durch eine Abkühlung der Sternoberfläche verursacht wurde.

Die neuen Berechnungen unterstützen die Theorie, dass Beteigeuze – wie viele Rote Überriesen – wahrscheinlich etwas Material aus seinen äußeren Schichten abgetragen hat.

Roter Überriese mit Staub

Ein Bild von VY Canis Majoris im sichtbaren Licht, einem roten Überriesenstern, der größtenteils durch Staub verdeckt ist, aufgenommen im Jahr 2005. Bildnachweis: NASA / ESA / R. Humphreys / Universität von Minnesota

“Wir sehen das ständig in roten Überriesen, und es ist ein normaler Teil ihres Lebenszyklus”, sagte Levesque. “Rote Überriesen werfen gelegentlich Material von ihrer Oberfläche ab, das um den Stern herum als Staub kondensiert. Wenn er abkühlt und sich auflöst, absorbieren die Staubkörner einen Teil des auf uns zukommenden Lichts und blockieren unsere Sicht.

Es ist immer noch wahr: Die Astronomen erwarten, dass Betelgeuse innerhalb der nächsten 100.000 Jahre als Supernova explodiert, wenn ihr Kern kollabiert. Aber das Abblenden des Sterns, das im Oktober begann, war laut Massey nicht unbedingt ein Anzeichen für eine bevorstehende Supernova.

Simulation riesiger Konvektionszellen

Eine Simulation von riesigen Konvektionszellen auf einem hypothetischen roten Überriesenstern. Bildnachweis: Bernd Freytag / Universität Uppsala

Eine Theorie war, dass neu gebildeter Staub einen Teil des Lichts von Betelgeuse absorbiert. Eine andere behauptete, dass riesige Konvektionszellen innerhalb von Betelgeuse heißes Material an die Oberfläche gezogen hätten, wo es sich abgekühlt habe, bevor es wieder in das Innere fiel.

“Eine einfache Möglichkeit, zwischen diesen Möglichkeiten zu unterscheiden, ist die Bestimmung der effektiven Oberflächentemperatur von Beteigeuze”, sagte Massey.

Die Messung der Temperatur eines Sterns ist keine einfache Aufgabe. Wissenschaftler können nicht einfach ein Thermometer auf einen Stern richten und einen Messwert erhalten. Aber indem sie das Lichtspektrum, das von einem Stern ausgeht, betrachten, können Astronomen seine Temperatur berechnen.

“Emily und ich hatten über Beteigeuze gesprochen, und wir waren uns beide einig, dass es am naheliegendsten ist, ein Spektrum zu erhalten”, sagte Massey. “Ich hatte bereits Beobachtungszeit auf dem 4,3-Meter-Teleskop Lowell Discovery Telescope eingeplant, und ich wusste, wenn ich ein bisschen herumspiele, würde ich ein gutes Spektrum bekommen, obwohl Beteigeuze immer noch einer der hellsten Sterne am Himmel ist.

Das Licht von hellen Sternen ist oft zu stark für ein detailliertes Spektrum, aber Massey setzte einen Filter ein, der das Signal effektiv “dämpfte”, so dass das Spektrum auf eine bestimmte Signatur untersucht werden konnte: die Absorption von Licht durch Titanoxidmoleküle.

Laut Levesque kann sich Titanoxid in den oberen Schichten großer, relativ kühler Sterne wie Betelgeuse bilden und anreichern. Es absorbiert bestimmte Wellenlängen des Lichts und hinterlässt so verräterische “Schaufeln” im Spektrum der Roten Überriesen, die Wissenschaftler zur Bestimmung der Oberflächentemperatur des Sterns verwenden können.

Nach ihren Berechnungen betrug die durchschnittliche Oberflächentemperatur von Beteigeuze am 14. Februar etwa 3.325 Grad Celsius oder 6.017 Grad Celsius. Das ist nur 50-100 Grad Celsius kühler als die Temperatur, die ein Team – einschließlich Massey und Levesque – als Beteigeuze-Oberflächentemperatur im Jahr 2004 berechnet hatte, Jahre bevor die dramatische Verdunkelung begann.

ALMA Sehen Sie sich den nahe gelegenen Stern Betelgeuse an

Ein Bild von Betelgeuse, das 2017 vom Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array aufgenommen wurde und wahrscheinliche Konvektionszellen an der Oberfläche zeigt. Gutschrift: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / E. O’Gorman / P. Kervella

Diese Befunde lassen Zweifel daran aufkommen, dass Betelgeuse verdunkelt ist, weil eine der massiven Konvektionszellen des Sterns heißes Gas aus dem Inneren an die Oberfläche gebracht hatte, wo es sich abgekühlt hatte. Viele Sterne haben diese Konvektionszellen, auch unsere eigene Sonne. Sie ähneln der Oberfläche eines Topfes mit kochendem Wasser, sagte Levesque. Aber während die Konvektionszellen auf unserer Sonne zahlreich und relativ klein sind – ungefähr so groß wie Texas oder Mexiko -, weisen Rote Überriesen wie Betelgeuse, die größer, kühler und weniger schwer sind, nur drei oder vier massive Konvektionszellen auf, die sich über einen Großteil ihrer Oberfläche erstrecken.

Wäre eine dieser massiven Zellen zur Oberfläche von Beteigeuze aufgestiegen, hätten Levesque und Massey zwischen 2004 und 2020 einen wesentlich stärkeren Temperaturabfall verzeichnet als sie sehen.

“Ein Vergleich mit unserem Spektrum von 2004 zeigte sofort, dass sich die Temperatur nicht wesentlich verändert hatte”, so Massey. “Wir wussten, dass die Antwort Staub sein musste.”

Astronomen haben Staubwolken um andere Rote Überriesen beobachtet, und zusätzliche Beobachtungen könnten ähnliche Wolken um Betelgeuse aufdecken.

In den letzten Wochen hat Betelgeuse tatsächlich wieder begonnen, sich aufzuhellen, wenn auch nur leicht. Selbst wenn die jüngste Verdunkelung kein Anzeichen dafür war, dass der Stern bald explodieren würde, zu Levesque und Massey, ist das kein Grund, mit der Suche aufzuhören.

“Rote Überriesen sind sehr dynamische Sterne”, sagte Levesque. “Je mehr wir über ihr normales Verhalten – Temperaturschwankungen, Staub, Konvektionszellen – lernen können, desto besser können wir sie verstehen und erkennen, wann etwas wirklich Einzigartiges, wie eine Supernova, passieren könnte.

Referenz: “Betelgeuse ist einfach nicht cool: Effektive Temperatur allein kann die jüngste Verdunkelung der Beteigeuze nicht erklären” von Emily M. Levesque und Philip Massey, angenommen zur Veröffentlichung in Astrophysical Journal Letters.
arXiv: 2002.10463

Die Forschung wurde durch Zuschüsse an das Lowell-Observatorium, die Research Corporation for Scientific Advancement und die National Science Foundation finanziert.