Nebeneinander Fotos von Betelgeuse, die bei gleicher Belichtung unter denselben Bedingungen aufgenommen wurden, zeigen, wie sich die Helligkeit dramatisch verändert hat. Das Foto links wurde im Februar gemacht. Dezember 2019, als sich der Stern dem tiefen Minimum näherte.,
Mit freundlicher Genehmigung von Brian Ottum und EarthSky

Anfang dieses Jahres umgab furor Betelgeuse — der Stern war“ ohnmächtig geworden “ und verdunkelte sich mehr als erwartet in seinem üblichen Zyklus von Helligkeitsänderungen, was einige so weit führte, dass der Stern bald Supernova werden könnte. Aber selbst wenn Astronomen anfangen, das unerwartete Verhalten des roten Riesen in den Griff zu bekommen, kämpfen sie immer noch darum, seine grundlegenden Eigenschaften zu verstehen — nämlich seine Größe und Entfernung.,

Meridith Joyce (Australian National University) und Kollegen berichteten im Astrophysical Journal (arXiv Preprint hier verfügbar), dass Betelgeuse tatsächlich kleiner und daher näher ist als bisher angenommen. Nicht jeder stimmt den Ergebnissen zu. Dennoch stellt die Studie einen neuen — und notwendigen-Ansatz zum Verständnis dieses rätselhaften Riesen dar.

Betelgeuses Lied

Als roter Riesenstern ist Betelgeuse nicht ganz stabil. Ihm ist der Wasserstoff ausgegangen, um in seinem Kern zu verschmelzen, und er verlässt sich auf die Heliumfusion, um den Gravitationskollaps abzuhalten., Dabei bewegen sich Druckwellen (dh Schallwellen) durch den Stern, so dass er langsam pulsiert: Der Stern schwillt an, zieht sich zusammen und schwillt wieder an. Solche Impulse können Astronomen helfen, auf die innere Struktur eines Sterns zu“ hören “ und einen Blick zu bieten, den wir sonst nie sehen würden.

Diese Abbildung zeigt, wie sich Druck – /Schallwellen in einem Stern nach Reflexion von der Oberfläche ausbreiten. (Gravity-Mode-Wellen werden auch intern propagieren gezeigt.) Die Messung dieser Pulsationen kann somit das Innere und die Größe des Sterns beleuchten.,
IAC

Unter Verwendung historischer Daten, die von Amateurastronomen der American Association of Variable Star Observers gesammelt wurden, sowie archivaler Beobachtungen von einem Imager an Bord der Coriolis-Raumsonde stellte Joyces Team eine Lichtkurve zusammen, die zeigt, wie die Helligkeit von Betelgeuse im Laufe der Zeit variiert.

„Im Falle von Betelgeuse und T UMi Im letzten Jahr war es kritisch, mehr als 100 Jahre visuelle Daten zu haben“, erklärt Joyce. Ihr Team konnte eine Pulsation mit einer Periode von 185 Tagen identifizieren., Wenn wir das Singen dieses pulsierenden Sterns hören könnten, wäre dieser 185-Tage-Zyklus der erste Oberton, eine Pulsation, die in den äußeren Schichten des Sterns auf einer Resonanzfrequenz auftritt.

Nachdem Joyce diesen Oberton in eine Computersimulation namens Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA) eingegeben hatte, modellierte er die äußeren Schichten von Betelgeuse, wobei er den Swell-and-Contract-Rhythmus des Sterns verwendete, um seinen Umfang zu bestimmen: zwischen dem 702-und 880-fachen des Sonnenunterschieds. Das ist enorm-und doch kleiner als gedacht., Wenn Betelgeuse anstelle der Sonne wäre, würde die neue Schätzung zwei Drittel des Weges zum Jupiter erstrecken, anstatt den ganzen Weg.

Winkeldurchmessermessungen von Betelgeuse in Kombination mit früheren Entfernungsmessungen deuteten darauf hin, dass sich der Stern auf die Jupiterbahn ausdehnen würde, wenn er im Sonnensystem platziert würde. Neue Messungen deuten darauf hin, dass es nur zwei Drittel des Weges dorthin verlängern würde.,
ESO

Die Größe von Betelgeuse am Himmel ist bereits bis zu einem gewissen Grad bekannt — während ein Lichtpunkt in den meisten Teleskopen Infrarotdetektoren zusammenarbeiten können, um den winzigen Fleck des Sterns 42 Milliarsekunden über dem Himmel aufzulösen. Wenn der Abstand zum Stern bekannt ist, entspricht dieser Winkeldurchmesser seiner Größe. Joyces Team arbeitete jedoch rückwärts: Sie verglichen die in ihrer Simulation berechnete Größe mit dem Winkeldurchmesser des Sterns und gaben die Entfernung zum Stern zwischen 500 und 636 Lichtjahren an.,

Umgang mit Unsicherheit

Die Entfernung von Betelgeuse ist seit langem ungewiss und damit auch ihre Größe. Für viele Sterne ist Parallaxe die Go-to-Technik zur Entfernungsmessung. Parallaxe ist die scheinbare Bewegung eines nahe gelegenen Sterns gegen weiter entfernte Hintergrundquellen im Laufe der Zeit, so wie sich ein Finger, der auf Armlänge gehalten wird, zu bewegen scheint, wenn Sie ihn zuerst mit einem Auge und dann mit dem anderen betrachten.

Aber Betelgeuse ist so groß, es ist kein Punkt am Himmel, so wie die meisten Sterne sind., Und es scheint etwas asymmetrisch zu sein, vielleicht aufgrund von Auswurfen und / oder Wechselwirkungen mit seiner Umgebung. Das erschwert Parallaxenmessungen.

Dieses Vergleichsbild zeigt den Stern Betelgeuse vor und nach seiner beispiellosen Verdunkelung. Die Beobachtungen, die im Januar und Dezember 2019 mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO gemacht wurden, zeigen, dass sich die untere Hälfte des Sterns möglicherweise aufgrund von Staub verdunkelt hatte. Der auffällig helle Hotspot ist etwa 400 mal größer als die Sonne.
ESO/M., Montargès et al.

Der Hipparcos-Satellit war der erste, der 1997 Betelgeuses Parallaxe maß, aber sofort wussten Astronomen, dass etwas nicht stimmte. Die scheinbare Bewegung des Sterns am Himmel widersprach den Radiomessungen seiner Position.

Da die Berechnung der Parallaxe des Sterns davon abhängt, nicht nur seine Position, sondern auch die scheinbare Bewegung seiner Position am Himmel zu kennen, wussten Astronomen, dass die Entfernung wahrscheinlich nicht ganz richtig war., „Die 5-Parameter-Lösung ist eine simultane Lösung, sodass Sie einem Parameter nicht vertrauen können, wenn zwei der anderen falsch liegen“, erklärt Graham Harper (University of Colorado, Boulder).

Vor kurzem machte sich Harper daran, diese Diskrepanz zu korrigieren. Er kombinierte Funkmessungen aus dem Very Large Array, Atacama Millimeter / Submillimeter Array und dem e-Merlin Array mit überarbeiteten Hipparcos-Messungen, die 2007 veröffentlicht wurden und einen Abstand zwischen 620 und 880 Lichtjahren erreichten. Aufgrund der Komplikationen bei der Berechnung ist der Bereich der möglichen Werte „nicht klein“, sagt Harper., Wenn der Abstand falsch wäre, würde dies darauf hindeuten, dass die Größe auch falsch ist.

Joyce betont, dass der Wertebereich, den ihr Team gefunden hat, zwar unterschiedlich ist, aber innerhalb des Bereichs liegt, über den Harper berichtet hat: „Dies kann als etwas anders, aber statistisch konsistent beschrieben werden“, sagt sie.

„Das Neue verwendet völlig unabhängige Methoden, die viel Vertrauen in numerische Simulationen der Struktur des Sterns (die überhaupt nicht bekannt ist) setzen, um zu sehen, wie die Oberfläche oszilliert“, sagt Harper., „Solch ein völlig unabhängiger Ansatz ist sehr zu loben, da die Parallaxenmethode problematisch bleiben wird.“

Tatsächlich, sagt Joyce, wird die Mehrdeutigkeit traditioneller Parallaxenmessungen wahrscheinlich in naher Zukunft bestehen bleiben. (Der Gaia-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation, der Parallaxen und damit Entfernungen zu über einer Milliarde Sternen in der Milchstraße bestimmt, ist so empfindlich, dass er nicht einmal helle Betelgeuse beobachten kann.)

Dennoch mahnt Harper mit den neuen Ergebnissen zur Vorsicht. „Bei der Entwicklung neuer Techniken braucht man immer eine Grundwahrheit., Alle Annahmen und Unsicherheiten (bekannt und unbekannt) können sich summieren.“

Andrea Dupree (Zentrum für Astrophysik der Harvard & Smithsonian) einverstanden. „Ich wäre konservativ und warte auf einige bestätigende Berechnungen. Aber es ist ein Interessantes Ergebnis.“

Wenn das Ergebnis nachlässt, hat es einige Implikationen: Eine kleinere Betelgeuse befindet sich wahrscheinlich in einem etwas früheren Stadium ihrer Lebensdauer und verschiebt jede potenzielle Supernova. „Es brennt im Moment Helium in seinem Kern, was bedeutet, dass es bei weitem nicht explodiert“, sagt Joyce., „Wir könnten ungefähr 100.000 Jahre betrachten, bevor eine Explosion passiert.“