Ovanlig aktivitet, ett stort stoftmoln eller förestående supernova? Ingen verkar riktigt veta vad stjärnan Betelgeuse håller på med. Klart är i alla fall att dess ljusstyrka minskat med 36 procent sedan denna tid förra året.
Nytagna bilder via ESO:s teleskop Very Large Telescope (VLT) visar att den vanligtvis så ljusstarka stjärnan Betelgeuse i Orions stjärnbild lyser allt svagare.
För att kunna se skillnaden i ljusstyrka behövs inte ens ett teleskop, men bilderna från VLT visar också att stjärnan har ändrat form. Spana in skillnaden här:
Supernovor ganska vanligt
Betelgeuse är en så kallad röd superjätte, tio gånger större än vår egen sol, och dessutom i sitt livs slutskede med en ålder på 8,5 miljoner år. Att den ”snart” kommer explodera och bli en supernova är alltså något forskarna har räknat med länge. Men ordet snart i astronomiska sammanhang kan betyda ”inom de närmsta hundratusen åren”.
Den senaste supernovan i vår galax som var synlig härifrån jorden var Keplers supernova år 1604. Forskarna har antagit att cirka 1–2 supernovor uppstår i vår galax varje århundrade. Det innebär att vi borde kunnat spana in fler än den år 1604 (vid namn SN 1604, SN står för supernova), men troligtvis ligger många supernovor dolda bakom tjocka lager av stoft och damm. Däremot observeras oftare supernovor i andra galaxer eftersom dessa är lättare för oss att få syn på jämfört med de som beräknas ske i vår egen galax. Närmst av dessa utanför galaxen var SN 1987A, belägen i Stora magellanska molnet.
Klicka på den här länken för att se en lista på de senaste supernovorna.
Betelgeuse är å sin sida en av de starkast lysande stjärnorna på natthimlen, vilket betyder att den kunnat observeras många gånger genom historiens förlopp, både utan och med teleskop. Däremot är det svårt att avgöra hur tungt äldre tiders observationer som gjordes med blotta ögat ska väga. Oftast mäts stjärnors ljusstyrka i hur starkt de lyser i förhållande till andra stjärnor. Försök har ändå gjorts att jämföra äldre tiders observationer av Betelgeuses ljusstyrka med hur den har betett sig under modern tid.
Klicka på den här länken om du vill se en sådan jämförelse från 1911 där de undersökt observationer av Betelgeuse sedan 1837.
Här nedan kan du se en video där man zoomar in på Betelgeuse i Orions stjärnbild. Storleken på Betelgeuse kan jämföras med att om Betelgeuse befunnit sig på samma ställe som vår egen sol i solsystemet hade dess omfång nått ut till Jupiters omloppsbana.
Ständigt varierande ljusstyrka
Att Betelgeuse alltid har varierat i ljusstyrka står dock klart. Dess yta är oregelbunden och består av mycket stora konvektionsceller som rör sig, stiger och sjunker samtidigt som hela stjärnan pulserar. Detta bidrar till Betelgeuses stora variationer i ljusstyrka. Men varför bleknar den så enormt mycket just nu? Ingen vet riktigt säkert, förklarar Wouter Vlemmings, astronom och professor vid Chalmers.
– Av okänd anledning verkar Betelgeuse öka och minska i storlek, och därför också ljusstyrka, i perioder, berättar han.
Stjärnans olika förändringar går inte helt i takt med varandra. Enligt Wouter Vlemmings kan det beskrivas som två vågor med olika våglängder som kombineras. Det kommer uppstå tillfällen då både perioderna samtidigt når sitt minimum.
– Kanske kan den nuvarande nedgången i ljusstyrka bero på detta, men det kan omöjligt vara hela historien. Den mest troliga förklaringen, som forskarna just nu försöker bekräfta, är om stjärnan nyligen kastat ut en stor mängd gas som sedan svalnat och därför döljer stjärnans ljus för oss.
Ett internationellt forskarlag som leds av astronomen Miguel Montargès vid universitetet KU Leuven har under det senaste året noga övervakat Betelgeuse aktivitet. Forskarna föreslår i sitt pressmeddelande två möjliga förklaringar till stjärnans dalande ljusstyrka. Antingen att den blivit svalare på grund av ovanlig aktivitet i stjärnan eller, som Wouter Vlemmings nämner, att ett större stoftmoln ska ha kastats ut och skymmer en del av stjärnans ljus. Kunskapen om röda superjättar är dock rätt låg, vilket innebär att forskarna nu har chansen att lära sig en hel del tack vare Betelgeuses märkliga beteende.
Ytterligare en bild som tagits av Betelgeuse i december 2019 med VISIR-instrumentet på VLT, visar vidsträckta moln av uppvärmt stoft kring stjärnan. Stoftmolnen, som syns fotade i infrarött ljus, ser ut som eldsflammor som stjärnan kastar ut i rymden, något som alla röda superjättar gör under sin livstid. Forskarna kan genom Betelgeuse nu närmare studera detta fenomen i detalj och försöka förstå hur och varför stjärnor förlorar material på detta vis.
Sjuhundra ljusår bort
Betelgeuse befinner sig ungefär sjuhundra ljusår från oss. Det innebär att den kanske redan har exploderat, så tidigt som på 1300-talet. Vi har bara inte hunnit se det än. Wouter Vlemmings är dock skeptisk.
– Att den redan skulle ha exploderat ser jag som ganska otroligt, säger han. Dessutom är det inte helt säkert att Betelgeuse faktiskt ligger exakt sjuhundra ljusår bort. När det gäller sådana här stjärnor som varierar så i storlek kan det vara svårt att avgöra precist avstånd.
Men om den skulle ha smällt och vi nu snart får se det; hur hade det då kunnat se ut för oss? Frågan är svår att svara på eftersom det finns olika typer av supernovor beroende på vilken typ av stjärna det är som exploderat. I Betelgeuses fall skulle den genomgå en så kallad kärnkollaps och bli en så kallad Typ II-supernova. Detta sker när stjärnans kärna, där kärnfusion pågår, når ett stadie där den inte längre kan upprätthålla sin egen vikt och på grund av gravitationen kollapsar i sig själv. Kollapsen sker med extremt stor hastighet, uppemot 70 000 km/s. När kärnans kollaps slutligen avstannar, vilket den oftast gör inom bara några sekunder, uppstår en chockvåg som skjuter ut de yttre lagren av stjärnan på grund av det ökade trycket. Många av reaktionerna sker samtligt och exakt hur processen förlöper i det här stadiet är inte helt klarlagt.
– Så vad vi hade kunna se är en snabb ökning av stjärnans ljusstyrka, följt av att den verkar växa i storlek då den skjuter ut material väldigt snabbt, förklarar Wouter Vlemmings. Flera högenergipartiklar och neutriner skulle också produceras och dessa skulle i teorin kunna observeras. En sådan här ljusstark supernova av den här typen skulle sedan blekna igen över ett antal månader framöver och detta skulle kunna ses med blotta ögat. Såklart hade den varit fortsatt synlig flera år framöver via olika instrument och känsliga teleskop på olika våglängd.
Om vi kunnat åka dit
Betelgeuses storlek innebär också att temperaturen på dess yta är lägre än hos vår sol, vilket är anledningen till att den kallas just röd jätte. Röd är en kallare färg än gul. Men om vi antog att allt vi ser sker live och att vi kunde poppa iväg till Betelgeuse i detta nu och kolla läget, hur hade den sett ut just nu då?
Bernd Freytag är astronom och forskare vid Uppsala universitet och har tagit fram ett antal datorsimuleringar på hur röda jättar beter sig.
– Vi har ännu inte tagit fram några simuleringar som matchar de exakta parametrarna och de nuvarande beteende hos just Betelgeuse. Men vi har modeller av liknande objekt, säger han.
Beräkningar av röda superjättar tyder på att flera olika fenomen kan bidra till det som händer nu. Storskaligt bubblande konvektion – som rör om i stjärnans atmosfär – är en möjlighet, samt kraftfulla chockvågor som far genom stjärnans olika lager, menar Bernd.
Hos Uppsala universitet kan du titta på Bernd Freytags datorsimuleringar över hur en röd jättestjärna kan se ut. Till exempel visas en modell över hur en röd jättestjärna kan se ut i genomskärning.
– Detta är också relevant i frågan om varför Betelgeuse för närvarande är så ljussvag, säger Bernd Freytag. Simuleringen visar stjärnans täta, inre konvektionszon, som vi ju i verkligheten inte kan se, och de chockvågor som ibland skickar ut material därifrån mot den yttre, synliga lagren. Ett scenario som skulle kunna förklara ljussvagheten är alltså att starka chockvågor eller utbrott täcker en del av de ljusare ytlagren under.
I simuleringen visas stjärnans inre som det ljusare, nästan vita, rörliga mittenpartiet som upptar ungefär en tredjedel av aktivitetens storlek i videon. Den mellersta, brandgula animationen visar stjärnans yta och det mörkt orangefärgade visar chockvågorna som sänder ut material.
Så något sådant här som ovan kanske hade varit hur Betelgeuse sett ut om vi kunde teleportera oss dit just nu. Eller för sjuhundra år sedan alltså.
Wouter Vlemmings skulle å sin sida titta efter ett stort moln i närhet till stjärnan.
– Om man åkte dit för att spana nu borde man kunna se om beteendet beror på ett stort utkastat stoftmoln eller på om temperaturen och storleken faktiskt ändrats senaste tiden, säger han.
Hur ska det sluta?
Vi har idag ingen helt klar bild av stjärnors beteenden innan det att de blir supernovor. Det är därför för tidigt att kunna säga något om vart Betelgeuses dalande ljusstyrka kommer att leda.
Nu i mitten av februari ser det ut som Betelgeuse förmörkning börjat avstanna, berättar Wouter Vlemmings, men brasklappar att man även tidigare trott detta under nedgången.
– Jag tror att vi inom 1–2 veckor kan förvänta oss att med större säkerhet kunna avgöra om minimum har nåtts och om Betelgeuse därför börjar bli ljusare igen, konstaterar han.
För Wouter Vlemmings är det mest intressant att forska om hur sådana här stjärnor producerar den vind som kastar ut viktigt astronomiskt byggnadsmaterial i det interstellära mediet. Alltså, material som i sin tur används för att forma nya stjärnor och planeter.
– Denna process är nära sammankopplad med sådana här periodiska förändringar hos stjärnor, berättar Wouter Vlemmings. Det är nu vi kan se hur, när och var molekyler och damm runt dessa stjärnor samlas.
När stjärnan befinner sig i de mest extrema faserna av sina perioder, oavsett om det är minimum eller maximum, kan vi nämligen lära oss vad för fysik som är inblandad eftersom denna aktivitet ger oss en indikator på vidden hos temperatur och tryck med mera, vilket i sin tur är de underliggande krafterna hos den vind som skapas. Wouter Vlemmings är därför mycket intresserad av vad mer för information forskarna kan få ut av Betelgeuses beteende.
– Och det är klart, skulle Betelgeuse faktiskt explodera och bli en supernova nu så kommer vi ju sitta på första parkett vad gäller att kunna studera hur chockvågen av en supernova växelverkar med omgivningen. En sådan utgång skulle ge oss många viktiga insikter i en sådan här process som annars är väldigt svår att studera i detalj, avslutar Wouter Vlemmings.
