Jasnoczerwona gwiazda Betelgeza, zwana w astronomii indyjskiej „Thiruvathirai” lub „Ardra”, jest łatwa do zauważenia w gwiazdozbiorze Oriona.

Badając jej pulsację – okresowe kurczenie się i rozszerzanie gwiazdy – naukowcy z Japonii i Szwajcarii poinformowali niedawno, że gwiazda znajduje się w późnym stadium spalania węgla. W masywnych gwiazdach, takich jak Betelgeza, etap spalania węgla trwa zaledwie kilkaset lat, po czym gwiazda „umiera” i zapada się w supernową w ciągu kilku miesięcy.

U ludzi wolne lub nieprawidłowe bicie serca wskazuje na możliwe zablokowanie serca. Podobnie naukowcy twierdzą, że obserwowana pulsacja Betelgeuse odpowiada teoretycznym szacunkom z późnego etapu spalania węgla, co sugeruje, że czerwony nadolbrzym jest w agonii.

„Z okresów pulsacji możemy wywnioskować promień pulsującego obiektu. Na podstawie obliczonego promienia, jasności i masy Betelgezy ustalamy, że musi to być późna faza spalania węgla w jądrze”, mówi Devesh Nandal, doktorant na Wydziale Astronomii Uniwersytetu Genewskiego i jeden z autorów publikacji. studiować, powiedział Ten hinduista.

Zapowiedziana śmierć

Większość gwiazd, w tym nasze Słońce, łączy najprostszy pierwiastek we wszechświecie, wodór, w celu wytworzenia helu i pewnej ilości energii jako produktu ubocznego. Wypychanie tej energii na zewnątrz równoważy przyciąganie grawitacji do wewnątrz i chroni gwiazdę przed zapadnięciem się.

Masywne gwiazdy, takie jak Betelgeza, wyczerpują paliwo wodorowe w ciągu zaledwie kilku milionów lat, kiedy przechodzą na hel do produkcji węgla. Energia uwalniana podczas syntezy helu jest mniejsza niż energia wodoru, więc gwiazda spala więcej helu, aby zachować stabilność i nie zapaść się. Hel wyczerpie się za około dziesięć lakh lat.

W tym czasie czerwone olbrzymy, takie jak Betelgeza, spalają węgiel, potem krzem i energicznie zużywają jeden po drugim pierwiastki układu okresowego pierwiastków, aż w końcu ich rdzeń jest wypełniony żelazem – którego synteza wymaga więcej energii niż uwalnia – oraz trochę kobaltu i niklu.

Każdy z tych etapów jest krótszy od poprzedniego. W gwieździe takiej jak Betelgeza węgiel spala się w ciągu kilkuset lat, podczas gdy krzem trwa około jednego dnia. Tak więc faza późnego węgla jest końcową fazą Betelgezy.

Gdy jądro jest bogate w żelazo, temperatura i ciśnienie wewnątrz gwiazdy spadają. Nic nie może tego powstrzymać, więc grawitacja ściska jądro i zamienia je w gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Fala uderzeniowa powstała w wyniku zawalenia się wyrzuca otaczające warstwy w przestrzeń międzygwiezdną. Gwiazda eksploduje w niebiańskim pokazie sztucznych ogni.

Bicie serca Betelgezy

Podobnie jak pokrywka przykrywająca garnek z wrzącą wodą, która okresowo się podnosi, aby uwolnić nagromadzoną parę, czerwone olbrzymy rozszerzają się i kurczą z powodu okresowego ogrzewania i chłodzenia wodoru w ich najbardziej zewnętrznych warstwach.

Temperatura wodoru w najbardziej zewnętrznej części otoczki czerwonego olbrzyma wynosi 3800-4000 K. Neutralny wodór w tym chłodniejszym obszarze pochłania ciepło z wnętrza. Gdy temperatura wzrasta do ponad 7000 K, pojedynczy elektron z każdego atomu wodoru jest usuwany, a wodór ulega jonizacji.

Zjonizowany wodór może pochłaniać ciepło, więc gwiazda nagle rozszerza się z wielką siłą, a najbardziej zewnętrzna powłoka gwiazdy zostaje wyrzucona. Po wydaleniu tej gorącej masy obszar staje się chłodniejszy, a wodór ponownie staje się neutralny poprzez rekombinację z elektronami.

W miarę jak ten proces się powtarza, odległemu obserwatorowi wydaje się, że gwiazda przygasa i rozjaśnia się w regularnych odstępach czasu.

Sprawdzanie pulsu

Astronomowie wykrywają rozszerzanie się i kurczenie odległej gwiazdy, rozpraszając jej światło gwiazdowe na różne kolory i badając powstałe widmo. Ta pulsacja odpowiada również z grubsza okresowym wahaniom obserwowanej jasności gwiazdy. W przypadku Betelgeuse astronomowie zaobserwowali cztery przybliżone półregularne pulsacje z okresami 2190, 417, 230 i 185 dni.

Membrana bębna oscyluje z określoną częstotliwością w zależności od uderzenia. Oprócz tej podstawowej wibracji, membrana wibruje również na innych częstotliwościach, zwanych alikwotami. Podobnie, bicie serca gwiazd również ma podłoże i podtekst.

Która z czterech zaobserwowanych pulsacji jest fundamentalna dla Betelgezy? Wcześniej zespół, w skład którego weszli László Molnár z Obserwatorium Konkoly w Budapeszcie i Meridith Joyce z Australian National University w Canberze, uznał okres 417 dni za fundamentalny, umieszczając Betelgezę we wczesnej fazie spalania helu w jądrze. Oznacza to, że gwiazda ma około lakh lat, zanim wybuchnie.

Odłożyli na bok 2190-dniowy puls jako tajemniczy i nieznanego pochodzenia. Jednak zespół Devesha Nandala przyjął 2190-dniowy puls jako podstawowy, a pozostałe trzy jako harmoniczne i doszedł do wniosku, że Betelgeuse jest na końcowym etapie spalania węgla.

W modelu opracowanym przez Nandala i innych, czerwony olbrzym, który rozpoczyna swoje życie z masą 19 mas Słońca, będzie zrzucał część swojej materii w każdej pulsacji. Zanim osiągnie koniec etapu spalania węgla w rdzeniu, pozostanie z 11 masami Słońca. Zgodnie z modelem, w tym czasie gwiazda rozszerzy się do 1300 promieni Słońca i będzie świecić z określoną jasnością.

Te parametry w modelu odpowiadają parametrom Betelgeuse, a model przewiduje również, że taki czerwony nadolbrzym będzie miał podstawowy okres pulsacji wynoszący około 2200 dni i trzy alikwoty zgodne z obserwowaną pulsacją.

„Pulsacja sama w sobie nie ma nic wspólnego ze spalaniem węgla w rdzeniu” – powiedział Nandal. „Niemniej jednak okresy pulsacji mówią nam o promieniu, jasności i masie pulsatora. Znając te parametry, możemy stwierdzić, że Betelgeuse najprawdopodobniej znajduje się w późnej fazie spalania rdzenia węglowego”.

Kwestionowana śmierć

Praca Nandala i wsp., przesłana jako plik papier preprint 1 czerwca poruszył gniazdo szerszeni. W mediach społecznościowych pojawiły się wieści o zbliżającej się śmierci gwiazdy. Jednak rywalizujący zespół kierowany przez dr Molnára i dr Joyce’a odpowiedział odparciem. W ich papiernapisali, że zakładany promień Betelgeuse wynoszący 1300 promieni słonecznych jest zbyt wysoki i że badania wskazują, że wynosi on 600-1000 promieni słonecznych.

Jak daleko i jak duża jest Betelgeza, jest przedmiotem sporu wśród astronomów. Szacunki dotyczące jego odległości wahają się od 550 do 730 lat świetlnych; jego szacowana jasność również mieści się w przedziale 90 000-150 000 (razy większa od Słońca).

Podczas gdy zespół kierowany przez pana Nandala oszacował odległość Betelgezy na około 730 lat świetlnych, dr Joyce i jej zespół oszacowali ją na około 550 lat świetlnych. „Założenia dotyczące odległości wpływają na jasność, a tym samym na przewidywania Devesha Nandala i jego zespołu” – powiedział Kuntal Misra z Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences.

„Od dawna wiadomo, że Betelgeza jest dobrym kandydatem na supernową z zapadnięciem się jądra” — mówi Firoza Sutaria, profesor nadzwyczajny w Indyjskim Instytucie Astrofizyki w Bengaluru. „Artykuł jest interesujący, ale wynik jest dość zależny od modelu, stąd przewidywanie supernowej „za kilkadziesiąt lat” jest trochę naciągane”.

Obaj są ekspertami od supernowych, ale nie byli związani z żadnym artykułem.

„Nie ma wątpliwości, że przeznaczeniem Betelgeuse jest wybuch supernowej” – dodał dr Sutaria. „Pytanie tylko kiedy”.

TV Venkateswaran jest naukowcem z Vigyan Prasar. Wyrażone tutaj poglądy są osobiste.