A Betelgeuze egy jól ismert vörös szuperóriás csillag az Orion csillagképben. A közelmúltban nagy figyelmet kapott nemcsak azért, mert a fényességváltozása olyan feltételezésekhez vezetett, hogy akár fel is robbanhat, hanem azért is, mert a megfigyelések szerint a vártnál sokkal gyorsabban forog. Ez utóbbi értelmezést kérdőjelezi meg a Max Planck Asztrofizikai Intézet csillagászai által vezetett nemzetközi kutatócsoport, akik szerint a Betelgeuze forrásban lévő felszíne még a legkorszerűbb teleszkópokban is összetéveszthető a forgással. Más csillagászok pedig új megfigyelési adatokat elemeznek, hogy teszteljék ezeket a feltevéseket.

Az északi félteke egyik legfényesebb csillaga, a Betelgeuze szabad szemmel is könnyen megtalálható az Orion csillagképben. Ez az egyik legnagyobb ismert csillag: 1 milliárd km-nél nagyobb átmérőjével csaknem 1000-szer nagyobb, mint a Nap. Ha a mi Naprendszerünkben lenne, akkor elnyelte volna a Földet, és légköre elérné a Jupitert. Egy ekkora csillagnak nem szabadna gyorsan forognia. A legtöbb csillag a fejlődése során kitágul, ekkor forgása lelassul, hogy megőrizze impulzusmomentumát. A közelmúltbeli megfigyelések azonban azt sugallták, hogy a Betelgeuze meglehetősen gyorsan (5 km/s kerületi sebességgel) forog, két nagyságrenddel gyorsabban, mint egy elfejlődött csillagnak kellene.

A Betelgeuze az égbolt tizedik legfényesebb csillaga, felszíne hevesen forr, ahogy a szimulált kép mutatja.

A Betelgeuse forgásának legszembetűnőbb bizonyítékát az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mérései adták. Az ALMA 66 antennája úgy működik együtt, mintha egyetlen óriási teleszkópot képeznének. Az interferometria néven ismert technikát alkalmazzák, ahol két vagy több antenna vizsgálja ugyanazt az objektumot, így erőiket egyesítve elemezhetőek a jelek, és szerezhetnek információt a kibocsátó forrásról. Ezzel a technikával a csillagászok kétpólusú radiálissebesség-térképet fedeztek fel a Betelgeuze külső rétegén, úgy tűnik, hogy a csillag fele közeledik felénk, a másik fele pedig távolodni látszik. Ez a megfigyelés a korábbi tanulmányokkal együtt vezetett ahhoz az értelmezéshez, hogy a Betelgeuze gyorsan forog.

Nem is lenne gond ezzel az értelmezéssel, ha a Betelgeuze egy tökéletesen kerek gömb lenne. A csillag felszíne azonban egy vibráló világ, amelyet a konvekciónak nevezett fizikai folyamat irányít. Mindennapi életünkben konvekciót figyelhetünk meg, amikor vizet forralunk, de Betelgeuze esetében ez a folyamat sokkal hevesebb. A forrásban lévő buborékok akkorák lehetnek, mint a Föld Nap körüli pályája, és a Betelgeuze felszínének nagy részét lefedik. Akár 30 km/s sebességgel emelkednek és süllyedhetnek, gyorsabban, mint bármely személyzetet vivő űrhajó.

A forrásban lévő buborékok akkorák is lehetnek, mint a Föld Nap körüli pályája, és akár 30 km/s sebességgel emelkednek és süllyednek, gyorsabban, mint bármely személyzetet vivő űrhajó. A kék az emelkedő, a vörös a visszaeső anyagot mutatja.

E fizikai kép alapján a Jing-Ze Ma, a Max Planck Asztrofizikai Intézet PhD hallgatója által vezetett nemzetközi csapat most alternatív magyarázatot kínál a Betelgeuze kétpólusú sebességtérképére, mégpedig azt, hogy a Betelgeuze forrongó felszíne a forgást utánozza. A csillag egyik oldalán forrásban lévő buborékok halmaza emelkedik, a másik oldalon pedig egy másik buborékcsoport lesüllyed. Az ALMA teleszkóp korlátozott felbontása miatt a tényleges megfigyelések során az ilyen konvektív mozgások elmosódnak, amelyek kétpólusú sebességtérképet eredményeznek.

A csapat egy új utólagos feldolgozó csomagot fejlesztett ki, amellyel mesterséges ALMA képek és szubmilliméteres spektrumok állíthatóak elő nem forgó vörös szuperóriás csillagok 3D sugárzási hidrodinamikai szimulációiból. A szimulációk 90%-ában a csillagot több km/s-os forgási sebességgel értelmeznék, a nagy léptékű felszíni mozgások miatt, amelyeket az ALMA teleszkóp nem lát tisztán.

Egy nem forgó vörös szuperóriás számítógépes szimulációjának közvetlen összehasonlítása a Betelgeuze ALMA teleszkóprendszerrel végzett megfigyeléseivel. Ha a teleszkóp felbontása nem elég nagy, a nagy léptékű konvekció kétpólusú sebességtérképet eredményezhet. A felső sorban az intenzitástérképek, az alsó sorban a radiálissebesség-térképek láthatók. A bal oldali oszlop a csillag szimulációját mutatja teljes felbontásban, a középső oszlop csökkentett felbontású ál-megfigyeléseket, míg a jobb oldali oszlop a tényleges ALMA-megfigyelést mutatja.

További megfigyelésekre van szükség a Betelgeuze gyors forgásának jobb felméréséhez, és a csapat előrejelzéseket készített a nagyobb felbontású jövőbeni megfigyelésekre. Szerencsére 2022-ben más csillagászok már nagyobb felbontású megfigyeléseket is végeztek a Betelgeuzéről. Az új adatok elemzése jelenleg is folyik, tesztelve az előrejelzéseket és elősegítve a Betelgeuze igazi viselkedésének feltárását.

Az animáció azt mutatja be, hogy a konvekció hogyan uralja a Betelgeuze-szerű csillag felszínét. Ezután megmutatja, hogyan nézne ki ez a tényleges ALMA-megfigyelésekben, bemutatva, hogy a forrásban lévő felszín összetéveszthető a forgás jelével.

„A legtöbb csillag csak apró fénypont az éjszakai égbolton. A Betelgeuze olyan hihetetlenül nagy és közel van, hogy azon kevés csillagok egyike, amelyet a legjobb távcsövekkel ténylegesen megfigyelhetünk és tanulmányozhatjuk forrásban lévő felszínét. Olyan, mint egy sci-fi film, mintha azért utaztunk volna oda, hogy közelről lássuk” – mondta Selma de Mink, a Max Planck Asztrofizikai Intézet igazgatója és a cikk társszerzője. „És az eredmények nagyon izgalmasak. Ha a Betelgeuze valóban gyorsan forog, akkor azt véljük, hogy attól pörgött fel, hogy megette a korábban körülötte keringő kis csillagtársát.

„Egyelőre sok mindent nem értünk az olyan gigantikus forrásban lévő csillagokról, mint a Betelgeuze.” – mondja Andrea Chiavassa (CNRS), a cikk társszerzője. „Hogyan működnek valójában? Hogyan veszítenek tömegükből? Milyen molekulák képződhetnek a belőlük kiáramló anyagban? Miért lett a Betelgeuze hirtelen halványabb? Nagyon keményen dolgozunk azon, hogy számítógépes szimulációinkat egyre jobbá tegyük, de szükségünk van jó minőségű adatokra az olyan teleszkópoktól, mint az ALMA.”

Forrás: Max Planck Institute