Przed paroma dniami Europejska Agencja Kosmiczna udostępniła zdjęcia gwiazdy wykonane przez European Southern Observatory w grudniu ubiegłego roku. Zdjęcia te zestawiła ze zdjęciem Betelgezy ze stycznia 2019. Nawet dla laika zmiany w wyglądzie gwiazdy są zauważalne na pierwszy rzut oka.
Oczywiście natychmiast rozgorzała dyskusja na temat przyczyn takiego stanu gwiazdy. W zalewie komentarzy znalazło się oczywiście mnóstwo nieprzemyślanych wypowiedzi, świadczących jedynie o tym, że wielu „obserwatorów” oczekuje wyłącznie potwierdzenia swoich teorii dotyczących najbliższej przyszłości gwiazdy.
Ostatnia notka cieszyła się dużym zainteresowaniem czytelników. Raduje mnie to bardzo. Podobnie jak cieszyła mnie obecność tu znakomitych badaczy i trwająca przez ponad trzy dni dyskusja.
Dziś chcę Wam pokazać zdjęcia z zespołu dużych teleskopów.
Analizując każde zdjęcie musimy najpierw zastanowić się, co naprawdę na nim widzimy. Zacznijmy od zdjęcia pokazującego jak wygląda otoczenie Betelgezy.
Zdjęcie te wykonał satelita „Herschel”, obserwujący gwiazdy w zakresie dalekiej podczerwieni. „Herschel” był kosmicznym teleskopem wyniesionym na orbitę w 2009 roku i działającym przez trzy lata. W porównaniu z kosmicznym teleskopem „Hubble’a” to bardzo krótko, ale był to owocny czas. Praca nad interpretacją zdjęć Wszechświata, jakie wykonał „Herschel” trwa do dzisiaj, przynosząc stale nowe wyniki. „Herschel” jak wspomniałem wcześniej, obserwował kosmos w zakresie głębokiej podczerwieni, z tego powodu jego aparatura badawcza musiała być stale schładzana nadciekłym Helem. Właśnie wyczerpanie się zapasów Helu było powodem zakończenia jego misji po zaledwie trzech latach – ale było to wcześniej przewidziane i w harmonogramie każda sekunda jego pracy wcześniej była dokładnie zaplanowana.
Na zdjęciu powyżej widzicie Betelgezę otoczoną chmurami materii wyrzuconej przez bardzo intensywny wiatr gwiazdowy, jaki od początku swego życia wytwarzała. Jak każda gwiazda, Betelgeza posiada pewną prędkość postępową, z którą porusza się pomiędzy gwiazdami naszej galaktyki. Dla obserwatora z Ziemi ta prędkość to 28,3 km/s. Oczywiście dodatkowo, podobnie jak nasze Słońce, Betelgeza wiruje wokół centrum Drogi Mlecznej z prędkością ponad 200 km/s!
W przestrzeni otaczającej gwiazdę, podobnie jak wokoło naszego Układu Słonecznego, znajduje się sporo materii międzygwiezdnej. Można dla uproszczenia przyjąć, że ta materia wiruje z podobną jak gwiazda prędkością wokół centrum galaktyki, więc dla oddziaływania pomiędzy nią a gwiazdą możemy przyjąć jedynie ową prędkość, z jaką gwiazda porusza się w odniesieniu do swojego otoczenia. Zatem Betelgeza poruszając się 28, 3 km/s w otoczce z wyrzuconej wiatrem gwiazdowym materii, zderza się z bardziej rozrzedzoną materią znajdującą się w przestrzeni Drogi Mlecznej.
Na zdjęciu z „Herschela” wstawiłem strzałkę pokazującą kierunek ruchu Betelgezy. Zauważcie, że koniec strzałki „opiera się” o tajemniczy łuk złożony z materii otaczającej gwiazdę. Ten łuk to fala uderzeniowa, podobna do tej, jaką generuje każdy szybko poruszający się w powietrzu obiekt – przykładowo samolot naddźwiękowy. Ta fala uderzeniowa ma ogromne znaczenie dla ochrony zewnętrznej otoczki gwiazdy, która jak widać na zdjęciu z „Herschela” jest promieniście symetryczna. Gdyby nie było takiej fali uderzeniowej – tworzącej rodzaj ekranu – otoczka gwiazdy byłaby bezustannie zdmuchiwana przez rozrzedzoną materię znajdującą się przestrzeni Milky Way’a. Można powiedzieć, że tylko dzięki takiej fali uderzeniowej – podobna chroni nasz Układ Słoneczny – możliwe jest to, że Betelgeza otacza się obłokiem bardzo już „gęstych” gazów i materii wyrzuconej z gwiazdy. Gęstych oczywiście w porównaniu do „pustki” przestrzeni międzygwiezdnej! Bez tej uderzeniowej fali, materia byłaby „zdmuchiwana” z okolic Betelgezy.
I tu pora na drugie zdjęcie, ale wykonane już przez teleskopy ESO, umieszczone na andyjskich szczytach w Peru. W centrum tego zdjęcia widać czarny krążek. To przesłona chroniąca matrycę teleskopu przed bezpośrednim światłem Betelgezy. Z tego powodu możliwe jest dokładne zaobserwowanie bardzo delikatnego „świecenia” materii około gwiazdowej w zakresie podczerwieni.
Z jakiego powodu obserwujemy w zakresie podczerwonym?
Otóż podczerwień dużo lepiej „przebija” się przez przestrzeń wypełnioną gazami i pyłem. Światło widzialne pochłaniane i rozpraszane jest dużo intensywniej niż podczerwone. Można upraszczając powiedzieć, że im głębsza podczerwień, tym grubszą warstwę pyłów i gazów jest w stanie pokonać to promieniowanie. Tu przypomnę Wam, że podczerwień to zakres długości fala elektromagnetycznych pomiędzy 700 nanometrów, a 1 milimetrem. Aby korzystać z aparatury pracującej w płytkiej podczerwieni do zakresu środkowego, nie potrzeba intensywnie chłodzić matryc kamer. Ale głęboka podczerwień wymaga już temperatur bliskich zera absolutnego! Rozumiecie już, dlaczego „Herschel” tak szybko zużył zapas chłodziwa? Obserwacje w zakresie głębokiej podczerwieni możliwe są jedynie z pokładu satelitów lub wysoko latających samolotów – projekt „Sofia” - bo przeszkodą jest nasza atmosfera zawierająca duże ilości pary wodnej.
Latający teleskop do obserwacji w dalekiej podczerwieni "Sofia", obserwuje gwiazdy z poziomu naszej ziemskiej stratosfery. Zdjęcie: DLR/NASA
Wracamy do zdjęcia z ESO.
W centrum znajduje się zasłonięta gwiazda. Jest ona optycznie dużo mniejsza niż krążek – musi on zasłaniać samą gwiazdę i najgorętsze warstwy jej rozdętej atmosfery – jak powiększycie zdjęcie, zobaczycie, że ta malutka plamka w centrum krążka to tarcza gwiazdy! Jeśli wyobrazicie sobie, że ten punkt jest – porównując go do naszego Układu Słonecznego - wielkości orbity Jowisza, to Macie już właściwe wyobrażenie, jaki obszar obejmuje zdjęcie materii wyrzucanej przez Betelgezę! A ta materia to widoczne na zdjęciu „ogniste pióropusze”.
To nie jest wyjątek.
Nadolbrzymy są dość rozrzutne, nie tylko w zakresie produkowanej energii. Ich niestabilność powoduje zawsze rozrzucania dużych ilości materii. Dotyczy to też niebieskich nadolbrzymów. Tu na zdjęciu poniżej widzicie jedną z największych gwiazd naszej galaktyki. To „Eta Carinae” o masie być może nawet 200 Słońc – Betelgeza to „zaledwie” masa 20 Słońc! „Carinae” około 1840 roku miała „czkawkę“, po której pozostały malownicze obłoki materii wyglądające jak starożytna klepsydra. Taki typ mgławicy nazywamy homunkulus. Sama gwiazda ledwo przebija się swym blaskiem przez gęste obłoki materii homunkulusa, ale po tym „czknięciu” – wybuchu istnieje nadal i w każdej chwili może wybuchnąć, jako hipernowa.
"Eta Carinae". Zdjęcie: NASA
Tak więc gigantyczne gwiazdy prowadzą szybkie i bardzo dynamiczne życie, nie przejmując się ekonomią świecenia.
Betelgeza wydaje się potwierdzać tę prawidłowość, ujawniając na ostatnich zdjęciach ogromną ilość rozrzuconej materii.
Popatrzcie teraz na to zdjęcie Betelgezy z grudnia 2019 roku. Widzimy na nim wyraźnie pociemniałą gwiazdę. Nie ma wątpliwości, że niemal jej połowa znacznie pociemniała.
Użyjmy filtrowania podkreślając nasycenie kolorów. I oto widzimy owalną gorącą plamę a reszta gwiazdy wydaje się przygaszona. Jeszcze przed podkręceniem nasycenia widać, że jakaś chmura pyłu przesłania gwiazdę, ale filtrowanie upewnia nas, że ten pył nie jest głównym sprawcą pociemnienia jej powierzchni.
Dowód? Zwiększenie nasycenia pokazuje wspomnianą gorącą plamę otoczoną wyraźną obwódką materii o różniącej się od centrum i pozostałej powierzchni temperaturze. Cień wspomnianego obłoku nie jest w stanie całkowicie przykryć tej obwódki – krawędzi plamy. Czyli widzimy ją całą! Zatem gwiazda zmieniła na dużym obszarze intensywność świecenia i nie jest to spowodowane przez przesłaniający pył. Nie jest spowodowane, choć oczywiście pył ten dodatkowo zmniejsza jasność gwiazdy.
Porównanie zdjęć Betelgezy z o rok wcześniejszymi i jeszcze starszymi, upewnia nas, że w ostatnim roku gwiazda przeżyła niezwykle gwałtowne procesy, częściowo wyrzucając o przestrzeń swoją materię, ale też ciemniejąc na powierzchni.
Na zdjęciu poniżej pokazuję moją interpretację tego zjawiska, którą należy traktować jako hipotezę.
Otóż obecna gorąca plama wydaje się intensywną emisją w okolicach bieguna gwiazdy. Ponieważ widzimy ją pod pewnym kątem, dla nas jawi się, jako owal, a w istocie jest okrągłą plamą z centrum mniej więcej w osi obrotu gwiazdy.
Połączenie tej obserwacji z informacją o stopniowym kurczeniu się gwiazdy - co najmniej od roku 1993 - i zaobserwowane spłaszczenie gwiazdy może być interpretowane następująco.
Gwiazda kurcząc się musi zwiększać prędkość wirowania. Najstabilniej odbywa się to w stosunkowo ciężkim i gęstym rdzeniu gwiazdy. Impuls pozostaje stały, a moment ze względu na kurczący się promień maleje. Ale energia nie może zniknąć, i zgodnie ze wzorem na energię kinetyczną musi wzrosnąć prędkość takiego układu.
Pamiętacie jak wygląda kosmiczna cebula z kuchni Alpejskiego, stanowiąca model takiej gwiazdy jak Betelgeza? Pokazywałem Wam ją w poprzedniej o Betelgezie notce. Tak, więc każdy, kto zna podstawy ruchu po okręgu wie, że wyznaczenie momentu bezwładności dla każdej warstwy, jeśli byłyby one stabilne, nie przedstawia większych trudności. Ale jak do tego dochodzi konwekcja „mieszająca” warstwy zaczyna się dość burzliwy proces przypominający przepływy turbulentne. Krótko i poważnie upraszczając, zaczyna się chaos na wielką skalę. Rdzeń gwiazdy przyśpiesza wirowanie a jej zewnętrzne warstwy w jednych miejscach przyśpieszając napotykają na opory konwekcyjnie zaburzonych warstw i wydostając się wraz z konwekcyjnym bąblami na powierzchnię, znowu muszą spowolnić swój ruch liniowy po okręgu, zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu. Jeśli dodamy do tego siły Coriolisa to mamy niezły bigos. A to nie wszystkie czynniki!
Tak, więc obserwowane obecnie procesy gwałtownego „poszarpania” korony gwiazdy zdają się potwierdzać obserwacje mówiące o kurczeniu się Betelgezy. Jednocześnie obserwujemy zaskakująco intensywną aktywność w koronie gwiazdy
Przyśpieszający wirowanie rdzeń podlega kilku siłom, powstrzymującym zapadanie się go. Pierwsza to ciśnienie promieniowania. Druga to siła odśrodkowa oddziałująca na materię najmocniej w miejscu gdzie bryła ma największy promień. Jednak w osi wirowania jedynym elementem powstrzymującym jest ciśnienie promieniowania! Wirująca bryła jest sferoidą. I jeśli tylko ciśnienie promieniowania osłabnie na tyle, że pozwoli na dalsze zapadanie się rdzenia, najszybciej nastąpi ono w linii osi wirowania, albo prościej biegunów gwiazdy.
CDN
ps. Ja analizując zdjęcia posługuję się też chętnie filtrowaniem ich pod kątem tonalnym i temperaturowych. Choć jako pilot badany byłem wielokrotnie na tak zwanej „chińskiej książeczce” i czytam ją bez najmniejszych problemów, uważam, że czułość naszych siatkówek jest często niewystarczająca do dokładnej analizy subtelności tonalnych na zdjęciach. Tu pomaga odpowiednia filtracja, a program „Adobe Photoshop” jest tu bardzo pomocnym narzędziem, dostępnym każdemu badaczowi. Jego świadome użycie pozwala na naprawdę rewelacyjne efekty. Przypomnę Wam, że większość kamer cyfrowych, widzi w zakresie podczerwonym, co najmniej do 940 nanometrów! I używając Adoba jesteście w stanie tę właściwość kamer wykorzystać.
Tu macie próbkę filtrowania tonalnego zdjęć z ESO:
ps2. 26.02.2020 22:43
Pojawiły się doniesienia o wzroście jasności gwiazdy z min +1,614 na +1,556 i ta tendencja utrzymuje się od kilku dni. https://www.spektrum.de/news/beteigeuze-wird-wieder-heller/1708498 https://spaceweatherarchive.com/2020/02/25/betelgeuse-is-brightening-again/?fbclid=IwAR3fp1WBLGFaLKQ6XFEJgo9IK_gbFiw7CB0lXblFY5_BU5J29XLE7D6V31g
Blogerom nadsyłającym informacje o gwieździe na moją pocztę i kontynuującym dyskusję na ten temat bardzo dziękuję za miłe listy i proszę o jeszcze! Ostatnia informacja nadeszła od blogera "Pancernik 76"
Tu ciekawe notki "zawodowca" w dziedzinie astronomii blogera "Kierdel" o fizyce gwiazd.
https://www.salon24.pl/u/kierdel/714929,najwazniejsza-jest-grawitacja
https://www.salon24.pl/u/kierdel/623607,polska-astronom-przewidziala-istnienie-nowego-typu-gwiazd
Pozdrawiam wszystkich serdecznie
Witold
Inne tematy w dziale Technologie
