Betelgeuse har varit centrum för betydande mediauppmärksamhet på sistone. Den röda superjätten närmar sig slutet av sitt liv, och när en stjärna över 10 gånger solens massa dör, det går ut på ett spektakulärt sätt. Med dess ljusstyrka nyligen sjunkit till den lägsta punkten under de senaste hundra åren, många rymdentusiaster är glada över att Betelgeuse snart kan bli supernova, exploderar i en bländande display som kunde vara synlig även i dagsljus.

Medan den berömda stjärnan i Orions axel sannolikt kommer att dö inom de närmaste miljoner åren - praktiskt taget några dagar i kosmisk tid - hävdar forskare att dess nedtoning beror på att stjärnan pulserar. Fenomenet är relativt vanligt bland röda superjättar, och Betelgeuse har varit känt i decennier för att vara i denna grupp.

Av en slump, forskare vid UC Santa Barbara har redan gjort förutsägelser om supernovans ljusstyrka som skulle uppstå när en pulserande stjärna som Betelgeuse exploderar.

Fysikstudenten Jared Goldberg har publicerat en studie med Lars Bildsten, föreståndare för campus Kavli-institutet för teoretisk fysik (KITP) och Gluck professor i fysik, och KITP Senior Fellow Bill Paxton som beskriver hur en stjärnas pulsering kommer att påverka den efterföljande explosionen när den når slutet. Papperet visas i Astrofysisk tidskrift .

"Vi ville veta hur det ser ut om en pulserande stjärna exploderar i olika faser av pulsering, sade Goldberg, en forskarstipendiat från National Science Foundation. "Tidigare modeller är enklare eftersom de inte inkluderar de tidsberoende effekterna av pulsationer."

När en stjärna lika stor som Betelgeuse slutligen får slut på material för att smälta samman i dess centrum, den tappar det yttre trycket som hindrade den från att kollapsa under sin egen enorma vikt. Den resulterande kärnkollapsen sker på en halv sekund, mycket snabbare än det tar att märka av stjärnans yta och pösiga yttre lager.

När järnkärnan kollapsar lossnar atomerna till elektroner och protoner. Dessa kombineras för att bilda neutroner, och i processen frigör högenergipartiklar som kallas neutriner. I vanliga fall, neutriner interagerar knappt med annan materia – 100 biljoner av dem passerar genom din kropp varje sekund utan en enda kollision. Som sagt, supernovor är bland de mest kraftfulla fenomenen i universum. Antalet och energierna hos neutrinerna som produceras i kärnkollapsen är så enorma att även om bara en liten del kolliderar med stjärnmaterialet, det är i allmänhet mer än tillräckligt för att starta en stötvåg som kan explodera stjärnan.

Den resulterande explosionen slår in i stjärnans yttre lager med bedövande energi, skapa en skur som kort kan överglänsa en hel galax. Explosionen förblir ljus i cirka 100 dagar, eftersom strålningen bara kan komma ut när joniserat väte rekombinerar med förlorade elektroner för att bli neutralt igen. Detta fortsätter utifrån och in, vilket betyder att astronomer ser djupare in i supernovan allteftersom tiden går tills ljuset från mitten slutligen kan fly. Vid det tillfället, allt som finns kvar är det svaga skenet av radioaktivt nedfall, som kan fortsätta att lysa i åratal.

En supernovas egenskaper varierar med stjärnans massa, total explosionsenergi och, viktigt, dess radie. Detta innebär att Betelgeuses pulsering gör det mycket mer komplicerat att förutsäga hur den kommer att explodera.

Forskarna fann att om hela stjärnan pulserar unisont - andas in och ut, om du vill – supernovan kommer att bete sig som om Betelgeuse var en statisk stjärna med en given radie. Dock, olika lager av stjärnan kan svänga mitt emot varandra:de yttre lagren expanderar medan mellanlagren drar ihop sig, och vice versa.

För det enkla pulsationsfallet, teamets modell gav liknande resultat som modellerna som inte tog hänsyn till pulsering. "Det ser bara ut som en supernova från en större stjärna eller en mindre stjärna vid olika punkter i pulseringen, Goldberg förklarade. "Det är när du börjar överväga pulsationer som är mer komplicerade, där det är saker som flyttar in samtidigt som saker flyttar ut - då producerar vår modell faktiskt märkbara skillnader, " han sa.

I dessa fall, forskarna upptäckte att när ljus läcker ut från allt djupare lager av explosionen, utsläppen skulle se ut som om de var resultatet av supernovor från olika stora stjärnor.

"Ljuset från den del av stjärnan som är komprimerad är svagare, Goldberg förklarade, "precis som vi skulle förvänta oss av en mer kompakt, icke-pulserande stjärna." Under tiden, ljus från delar av stjärnan som expanderade vid den tiden skulle se ljusare ut, som om det kom från en större, icke-pulserande stjärna.

Goldberg planerar att lämna in en rapport till Research Notes of the American Astronomical Society med Andy Howell, professor i fysik, och KITP-postdoktorn Evan Bauer som sammanfattar resultaten av simuleringar som de körde specifikt på Betelgeuse. Goldberg arbetar också med KITP postdoc Benny Tsang för att jämföra olika strålningsöverföringstekniker för supernovor, och med fysikstudenten Daichi Hiramatsu om att jämföra teoretiska explosionsmodeller med supernovaobservationer.