Betelgeuse är en välkänd röd superjättestjärna i stjärnbilden Orion. Den har nyligen fått mycket uppmärksamhet, inte bara för att variationer i dess ljusstyrka ledde till spekulationer om att en explosion kan vara nära förestående, utan också för att observationer tydde på att den roterar mycket snabbare än förväntat.
Denna senare tolkning ifrågasätts nu av ett internationellt team ledd av astronomer vid Max Planck Institute for Astrophysics, som föreslår att Betelgeuses kokande yta kan misstas för rotation även i de mest avancerade teleskopen. Andra astronomer analyserar aktivt nya observationsdata för att testa sådana hypoteser.
Som en av de ljusaste stjärnorna på norra halvklotet kan Betelgeuse lätt hittas med blotta ögat i stjärnbilden Orion. Betelgeuse är en av de största kända stjärnorna. Med en diameter större än 1 miljard kilometer är den nästan 1 000 gånger större än solen. Om det hade funnits i vårt solsystem skulle det ha slukt upp jorden med dess atmosfär som nådde Jupiter.
En så stor stjärna är inte tänkt att rotera snabbt. Under sin utveckling expanderar de flesta stjärnor och snurrar ner för att bevara vinkelmomentum. Nya observationer tyder dock på att Betelgeuse roterar ganska snabbt (vid 5 km/s), två storleksordningar snabbare än en enskild utvecklad stjärna borde snurra.
Det mest framträdande beviset för Betelgeuses rotation kom från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). De 66 antennerna på ALMA arbetar tillsammans som om de vore ett enda gigantiskt teleskop. De använder en teknik som kallas interferometri, där två eller flera antenner tar upp en signal från universum och går samman för att analysera signalen och få information om dess emissionskälla.
Med hjälp av denna teknik upptäckte astronomer en dipolär radiell hastighetskarta på det yttre lagret av Betelgeuse:Hälften av stjärnan verkar närma sig oss, och den andra hälften verkar vara på väg tillbaka. Denna observation, tillsammans med tidigare studier, ledde till tolkningen att Betelgeuse snabbt roterar.
Denna tolkning skulle ha varit ett tydligt fall, om Betelgeuse var en perfekt rund sfär. Men ytan på Betelgeuse är en levande värld, styrd av en fysisk process som kallas konvektion. Vi kan observera konvektion i vårt dagliga liv när vi kokar vatten, men i Betelgeuse är denna process mycket våldsammare:De kokande bubblorna kan vara lika stora som jordens bana runt solen och täcka en stor del av Betelgeuses yta. De stiger och faller med en hastighet på upp till 30 km/s, snabbare än någon annan bemannad rymdfarkost.
Baserat på denna fysiska bild har ett internationellt team ledd av Jing-Ze Ma, Ph.D. Student vid Max Planck Institute for Astrophysics erbjuder nu en alternativ förklaring till Betelgeuses dipolära hastighetskarta:Betelgeuses kokande yta efterliknar rotation. Ett kluster av kokande bubblor stiger upp på ena sidan av stjärnan, och en annan grupp bubblor sjunker på andra sidan. På grund av ALMA-teleskopets begränsade upplösning skulle sådana konvektiva rörelser bli suddiga i faktiska observationer, vilket skulle resultera i den dipolära hastighetskartan.
Verket publiceras i The Astrophysical Journal Letters .
Teamet utvecklade ett nytt efterbehandlingspaket för att producera syntetiska ALMA-bilder och submillimeterspektra från deras hydrodynamiska simuleringar av 3D-strålning av icke-roterande röda superjättestjärnor. I 90 % av simuleringarna skulle stjärnan tolkas som att den roterar i flera km/s helt enkelt på grund av de storskaliga kokande rörelserna på ytan som inte syns tydligt i ALMA-teleskopet.
Ytterligare observationer behövs för att bättre bedöma den snabba rotationen av Betelgeuse, och laget gjorde förutsägelser för framtida observationer med högre rumslig upplösning. Lyckligtvis har andra astronomer redan gjort observationer med högre upplösning av Betelgeuse 2022. De nya data analyseras just nu, vilket kommer att sätta förutsägelserna på prov och hjälpa till att avslöja Betelgeuses mask.
"De flesta stjärnor är bara små ljuspunkter på natthimlen. Betelgeuse är så otroligt stor och nära att den, med de allra bästa teleskopen, är en av de väldigt få stjärnorna där vi faktiskt observerar och studerar dess kokande yta. Det känns fortfarande lite som en science fiction-film, som om vi har rest dit för att se den på nära håll”, säger medförfattaren Selma de Mink (direktör vid Max Planck-institutet för astrofysik). "Och resultaten är så spännande. Om Betelgeuse trots allt roterar snabbt, så tror vi att den måste ha snurrats upp efter att ha ätit en liten sällskapsstjärna som kretsade runt den."
"Det finns så mycket vi fortfarande inte förstår om gigantiska kokande stjärnor som Betelgeuse", säger medförfattaren Andrea Chiavassa, astronom vid CNRS. "Hur fungerar de egentligen? Hur förlorar de massa? Vilka molekyler kan bildas i deras utflöden? Varför blev Betelgeuse plötsligt mindre ljus? Vi jobbar mycket hårt för att göra våra datorsimuleringar bättre och bättre, men vi behöver verkligen den otroliga datan från teleskop som ALMA."
Mer information: Jing-Ze 竟泽 Ma 马 et al, Roterar Betelgeuse verkligen? Syntetiska ALMA-observationer av storskalig konvektion i 3D-simuleringar av röda superjättar, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad24fd
Tillhandahålls av Max Planck Society
