Betelgeuse (α Orionis) är den ljust rödaktiga stjärnan som ligger i axeln av stjärnbilden Orion och kan ses med blotta ögat på natthimlen.

Från oktober 2019 till mars 2020, Betelgeuse visade en mystisk nedtoning, fångar både astronomers och allmänhetens uppmärksamhet och fantasi. Samtidigt som den är en variabel stjärna som uppvisar periodiska och ibland oregelbundna ljusförändringar, denna nedtoning är den mest betydande som observerats under de senaste 50 åren. Det blev svagare mer än 2,5 gånger, som till och med kan ses med blotta ögat på natthimlen. Flera scenarier har lagts fram av astronomer runt om i världen:pre-fas av supernovaexplosion, skymmer damm, eller förändringar i stjärnans fotosfär.

En ny studie ledd av prof. Zhao Gang från National Astronomical Observatories of Chinese Academy of Sciences (NAOC) kastar ljus över naturen hos den mystiska nedtoningen av Betelgeuse. Forskare från Shandong University och University of Missouri (USA) gick också med i denna studie.

Studien publicerades i Naturkommunikation den 5 augusti, 2021.

Betelgeuse är den ljusaste stjärnan på natthimlen i det nära-infraröda våglängdsområdet. Detta är det mest lämpliga våglängdsintervallet för att undersöka röda superjättar som Betelgeuse.

Forskargruppen undersökte de högupplösta nära-infraröda spektra av Betelgeuse som erhölls vid Weihai Observatory vid Shandong University den 31 januari, 19 mars, 4 april, och 6 april, 2020, som täcker nedbländnings- och efterbländningsfaserna. "Vi drar fördel av spektroskopisk analys, vi strävar efter att förstå den möjliga orsaken till den mystiska nedtoningen av Betelgeuse, " sa prof. Zhao Gang, motsvarande författare till denna studie.

För detta ändamål, teamet utvecklade en speciell teknik för att bestämma den effektiva temperaturen hos röda superjättar.

"Vår metod är baserad på mätning av titanoxid (TiO) och cyanid (CN) molekylära linjer i stjärnspektra. Ju kallare en stjärna är, desto mer kan dessa molekyler bildas och överleva i dess atmosfär och molekyllinjerna är starkare i stjärnspektrumet. I en varmare atmosfär, dessa molekyler dissocierar lätt och överlever inte, " sa Dr Sofya Alexeeva, den första författaren till denna studie.

"Vi har funnit att vid ett minimum av dess ljusstyrka, den effektiva temperaturen i Betelgeuse den 31 januari, 2020, var 3476 Kelvins. Dock, efter att den återställt sin ljusstyrka, den 6 april, 2020, den effektiva temperaturen var 3646 Kelvin. Ändringen av den effektiva temperaturen med 170 K är tillräcklig för att förklara denna mystiska dämpning, " sa Dr Sofya Alexeeva.

Vad kan leda till att temperaturen sjunker med 170 K? Det kan orsakas av en stor mörk stjärnfläck på ytan av Betelgeuse. Närvaron av fläckar på röda superjättar är ett välkänt fenomen. Dessa fläckar är sannolikt en konsekvens av konvektiva flöden eller kalla konvektionsceller, som man allmänt tror finns i sådana stjärnor.

"Våra fynd ger insikt i naturen hos röda superjättestjärnor, de viktigaste bidragsgivarna till berikningen av tunga element i universum, " sa prof. Zhao Gang.