Wielka zagadka Betelgezy rozwikłana. Naukowcy zidentyfikowali brakujące ogniwo

Betelgeza Źródło: Shutterstock / Cristian Cestaro Betelgeza – olbrzymia, czerwono świecąca gwiazda w konstelacji Oriona – od pokoleń rozpala wyobraźnię astronomów i pasjonatów nieba. Przez stulecia jej niezwykłe zachowanie stanowiło zagadkę. Dzięki przełomowemu odkryciu zespołu astronomów z NASA tajemnica została rozwikłana. Okazuje się, że Betelgeza nie jest samotną gwiazdą, jak sądzono, lecz tworzy niezwykle nietypowy układ podwójny z mniejszym, niemal niewidocznym towarzyszem. A ten właśnie partner odgrywa kluczową rolę w dramatycznych przemianach Betelgezy.

Betelgeza to jedna z najjaśniejszych gwiazd widocznych z Ziemi. Znajduje się w konstelacji Oriona i jesienią oraz zimą dominuje na naszym niebie, błyszcząc charakterystycznym czerwonawym światłem w lewym ramieniu mitycznego łowcy. Choć leży około 650 lat świetlnych od Ziemi, jej potężne rozmiary i intensywny blask sprawiają, że wyróżnia się na tle innych gwiazd.

Jest zaliczana do czerwonych nadolbrzymów – jednej z najpotężniejszych klas gwiazd we Wszechświecie. Gdyby umieścić Betelgezę w centrum Układu Słonecznego, pochłonęłaby nie tylko Merkurego i Wenus, ale także Ziemię i Marsa. Jej zewnętrzne warstwy sięgałyby niemal orbity Jowisza. Mimo rozmiarów Betelgeza jest stosunkowo młoda – liczy nie więcej niż 10 milionów lat. Jednak gwiazdy tej klasy żyją intensywnie i krótko, dlatego jej kres – w postaci potężnej eksplozji supernowej – może nastąpić w ciągu kilkudziesięciu tysięcy lat.

Burzliwa natura i tajemnicze pulsacje

Betelgeza od dawna klasyfikowana jest jako gwiazda zmienna półregularna. Jej jasność potrafi się zmieniać w zakresie od 0,3 do 1,1 magnitudo. To efekt skomplikowanych procesów zachodzących wewnątrz i na powierzchni tej gwiazdy. Główny cykl zmian blasku trwa około 400 dni i jest powiązany z pulsacjami radialnymi – naprzemiennym rozdymającym i kurczącym się ruchem plazmy w jej wnętrzu.

Tajemniczy pozostawał natomiast tzw. długi okres wtórny – trwający niespełna sześć lat. Przez dekady astronomowie nie potrafili go jednoznacznie wytłumaczyć. Sytuacja zmieniła się radykalnie po dramatycznym wydarzeniu z przełomu 2019 i 2020 roku, kiedy to Betelgeza niespodziewanie przygasła, wzbudzając alarm w środowisku naukowym.

Wielkie przygaśnięcie i wielkie pytanie

To, co nazwano „wielkim przygaśnięciem”, trwało kilka miesięcy i początkowo uznano, że może być zapowiedzią bliskiego wybuchu supernowej. Jednak teleskopy VLT i Hubble’a wykazały, że nie chodzi o śmierć gwiazdy, lecz o ogromny wyrzut masy, który utworzył pyłową zasłonę wokół Betelgezy. To ona przysłoniła gwiazdę z perspektywy Ziemi i spowodowała jej dramatyczne pociemnienie.

Incydent ten zapoczątkował najbardziej szczegółowe badania tej gwiazdy w historii. Analizując dane archiwalne i współczesne, naukowcy zaczęli dostrzegać pewne zależności. Kluczowe okazały się dwie publikacje z końca 2023 roku w czasopiśmie „The Astrophysical Journal”.

Układ podwójny – brakujący element układanki

Autorzy tych prac wykazali, że najbardziej prawdopodobną przyczyną długookresowej zmienności blasku Betelgezy jest oddziaływanie z bliską towarzyszką – gwiazdą o znacznie mniejszej masie, porównywalnej z masą Słońca. Symulacje pokazały, że towarzyszka ta krąży na tyle blisko, że dosłownie „zanurza się” w rozległej atmosferze Betelgezy, wywołując zaburzenia i zagęszczenia w otaczającym ją pyle. To właśnie te zakłócenia odpowiadają za okresowe zmiany jasności obserwowane z Ziemi.

Dodatkowo jej obecność tłumaczy szybki obrót Betelgezy wokół własnej osi, wynikający z przekazywania momentu pędu z orbity towarzyszki. Dotąd zastanawiano się, dlaczego nikt nie zauważył tej drugiej gwiazdy – odpowiedź jest prosta: jej światło jest tysiące razy słabsze i ginie w blasku gigantycznej sąsiadki.

Przełom na Hawajach

Choć wcześniej nawet teleskopy kosmiczne, takie jak Hubble i Chandra, nie zdołały bezpośrednio dostrzec towarzyszki, sukces odnieśli naukowcy z zespołu Steve’a Howella z NASA Ames Research Center. Posłużyli się 8,1-metrowym teleskopem Gemini North na Hawajach i specjalnym instrumentem o nazwie ‘Alopeke – co w języku hawajskim oznacza „lis”.

‘Alopeke rejestruje tysiące bardzo krótkich ekspozycji, które zamrażają chwilowy stan atmosfery. Dzięki temu uzyskuje obrazy o wyjątkowej ostrości. Analiza tych zdjęć pozwoliła po raz pierwszy bezpośrednio sfotografować towarzyszkę Betelgezy. Jak informują naukowcy w „The Astrophysical Journal Letters”, gwiazda ta ma masę około 1,5 razy większą od masy Słońca i należy do typu widmowego A lub B. Oznacza to, że jest gorącą, młodą gwiazdą o biało-niebieskim kolorze, która jeszcze nie rozpoczęła spalania wodoru w jądrze – tzw. gwiazda przed ciągiem głównym.

Orbituje zaledwie cztery razy dalej niż Ziemia od Słońca

Odkryta gwiazda znajduje się w odległości około czterech jednostek astronomicznych od Betelgezy – to cztery razy więcej niż dystans między Ziemią a Słońcem. Biorąc pod uwagę ogromne rozmiary Betelgezy, to naprawdę blisko. To pierwszy w historii przypadek odkrycia tak blisko orbitującej towarzyszki czerwonego nadolbrzyma.

– ‘Alopeke zrobił to, czego nie potrafił żaden inny teleskop. Wcześniejsze publikacje przewidujące istnienie towarzyszki Betelgezy sugerowały nawet, że nigdy nie uda się jej bezpośrednio zobaczyć – mówi Steve Howell.

Przyszłość: pochłonięcie i zniszczenie

Los tej gwiazdy jest przesądzony. Choć mogłaby świecić miliardy lat, zostanie unicestwiona znacznie wcześniej. Silne oddziaływania pływowe Betelgezy zepchną ją z orbity i zmiażdżą. Naukowcy przewidują, że nastąpi to w ciągu najbliższych 10 tysięcy lat – zanim jeszcze Betelgeza zdąży eksplodować jako supernowa.

– To odkrycie było na granicy możliwości teleskopu Gemini! Otwiera nam drzwi do kolejnych, równie wymagających obserwacji – dodaje prof. Howell.

Rewolucja w zrozumieniu czerwonych nadolbrzymów

Zrozumienie natury Betelgezy może pomóc naukowcom w rozszyfrowaniu tajemnic innych czerwonych nadolbrzymów, które także wykazują podobne, długookresowe zmiany jasności. Coraz więcej wskazuje na to, że takie gwiazdy rzadko występują samotnie. Możliwe, że większość z nich – jeśli nie wszystkie – posiada ukrytych towarzyszy, których wpływ dopiero teraz zaczynamy dostrzegać.

– Rozwiązanie zagadki Betelgezy, która intrygowała nas od stuleci, będzie zapamiętane jako jedno z najbardziej poruszających osiągnięć tego teleskopu – podkreśla Martin Still, dyrektor programu Narodowej Fundacji Nauki (NSF), nadzorującej hawajskie obserwatorium.

Nowe perspektywy, nowe pytania

Następna okazja do dokładniejszych obserwacji układu podwójnego Betelgezy pojawi się w listopadzie 2027 roku, kiedy towarzyszka znajdzie się najdalej na swojej orbicie. Do tego czasu naukowcy planują kolejne badania, które mogą dostarczyć dodatkowych informacji o naturze tej gwiazdy.

Astronomowie nie mają wątpliwości: wysiłki włożone w zrozumienie czerwonych nadolbrzymów są warte zachodu. To one, podczas dramatycznych wybuchów supernowych, rozsiewają po kosmosie ciężkie pierwiastki – żelazo, węgiel, tlen – z których powstają planety, a w konsekwencji także życie. Każda taka gwiazda to skarbnica wiedzy o historii i przyszłości Wszechświata.