BETELGEUSE: CHARAKTERYSTYKA, TWORZENIE, STRUKTURA I SKŁAD - ARTE - 2025

Betelgeuse jest gwiazdą alfa konstelacji Oriona, dlatego nazywana jest również alfa Orionis. Jest to gwiazda typu czerwonego nadolbrzyma, gwiazdy o największej objętości, ale niekoniecznie najbardziej masywne.

Pomimo tego, że jest gwiazdą alfa Oriona, Betelgeuse na pierwszy rzut oka nie jest najjaśniejsza w konstelacji, ponieważ Rigel - beta Orionis - jest tym, który wyróżnia się najbardziej. Jednak w zakresie podczerwieni i bliskiej czerwieni Betelgeza jest najjaśniejsza, co jest bezpośrednio związane z temperaturą jej powierzchni.

Rysunek 1. Constellation Orion i cztery jego główne gwiazdy, w tym Betelgeuse. Źródło: Pixabay.

Gwiazda ta była z pewnością obserwowana od czasów starożytnych przez pierwszych ludzi, ze względu na jej wielką jasność. Pod względem jasności jest to zwykle dziesiąta najjaśniejsza pozycja na nocnym niebie i, jak powiedzieliśmy, druga pod względem jasności w konstelacji Oriona.

Chińscy astronomowie w I wieku opisali Betelgezę jako żółtą gwiazdę. Ale inni obserwatorzy, tacy jak Ptolemeusz, określali ją jako pomarańczową lub czerwonawą. Znacznie później, w XIX wieku, John Herschel zauważył, że jego jasność jest zmienna.

Dzieje się tak, że wszystkie gwiazdy ewoluują, dlatego ich kolor zmienia się z upływem czasu, ponieważ wyrzuca gaz i pył z najbardziej powierzchownych warstw. To również zmienia jego jasność.

Charakterystyka ogólna

Betelgeuse jest charakterystycznym przykładem czerwonego nadolbrzyma, który charakteryzuje się widmowym typem K lub M i typem jasności I.

Są gwiazdami o niskiej temperaturze; W przypadku Betelgeuse oblicza się, że wynosi ona około 3000 K. Temperatura i kolor są ze sobą powiązane, na przykład kawałek gorącego żelaza jest rozgrzany do czerwoności, ale gdy temperatura wzrasta, zmienia kolor na biały.

Pomimo tego, że Betelgeuse ma zaledwie 8 milionów lat, szybko wyewoluowała z głównej sekwencji, ponieważ jej paliwo jądrowe wyczerpało się i spuchło do obecnych rozmiarów.

Te olbrzymie gwiazdy mają również zmienną jasność. W ostatnich latach jego jasność zmalała, co zaniepokoiło środowisko naukowe, choć ostatnio zaczęło się odradzać.

Oto jego główne cechy:

- Odległość : od 500 do 780 lat świetlnych.

- Masa : od 17 do 25 mas Słońca.

- Promień : od 890 do 960 promieni słonecznych.

- Jasność : od 90 000 do 150 000 jasności słonecznej.

- Stan ewolucji : czerwony nadolbrzym.

- Wielkość pozorna : +0,5 (widzialna) -3,0 (pasmo J podczerwieni) -4,05 (pasmo K podczerwieni).

- Wiek : od 8 do 10 milionów lat.

- Prędkość radialna : +21,0 km / s

Betelgeuse należy do klasy widmowej M, co oznacza, że ​​temperatura jej fotosfery jest stosunkowo niska. Jest klasyfikowany jako typ M1-2 Ia-ab.

Na diagramie Yerkesa klasyfikacji widmowej przyrostek Ia-ab oznacza, że ​​jest to nadolbrzym o średniej jasności. Widmo światła Betelgezy służy jako odniesienie do klasyfikacji innych gwiazd.

Szacuje się, że średnica Betelgeuse wynosi od 860 do 910 milionów kilometrów i była to pierwsza gwiazda, której średnicę zmierzono interferometrycznie. Ta średnica jest porównywalna z orbitą Jowisza, jednak nie jest to największa z czerwonych nadolbrzymów.

Pomimo swoich dużych rozmiarów jest tylko 10 do 20 razy masywniejsza niż nasze Słońce. Jednak jej masa jest wystarczająco duża, aby jej gwiezdna ewolucja była szybka, ponieważ czas życia gwiazdy jest odwrotnością kwadrat jego masy.

Formacja i ewolucja

Betelgeza, podobnie jak wszystkie gwiazdy, powstała jako olbrzymia chmura wodoru, helu i pyłu kosmicznego z innymi pierwiastkami chemicznymi, które skondensowały się wokół centralnego punktu i zwiększyły jego gęstość masową.

Istnieją dowody na to, że ma to miejsce w przypadku formowania się gromad gwiazd, zwykle zlokalizowanych w mgławicach złożonych z zimnej, rzadkiej materii międzygwiazdowej.

Rysunek 2. Mgławica IC396 z licznymi gwiazdami w fazie formowania. Zdjęcie wykonano w podczerwieni, ponieważ widmo widzialne jest absorbowane przez mgławicę. Źródło: NASA / Spitzer.

Powstanie gwiazdy, jej życie i śmierć to odwieczna walka pomiędzy:

• Przyciąganie grawitacyjne, które ma tendencję do kondensowania całej materii w jednym punkcie i
• Indywidualna energia kinetyczna każdej cząstki, która razem wywiera ciśnienie niezbędne do ucieczki i ekspansji z punktu przyciągania.

Gdy pierwotna chmura kurczy się w kierunku centrum, formuje się protogwiazda, która zaczyna emitować promieniowanie.

Przyciąganie grawitacyjne powoduje, że jądra atomowe uzyskują energię kinetyczną, ale zatrzymane w najgęstszym centrum protogwiazdy emitują promieniowanie elektromagnetyczne i tym samym zaczynają świecić.

Kiedy osiąga się punkt, w którym jądra wodoru są tak ciasno upakowane i uzyskują wystarczającą energię kinetyczną, aby przezwyciężyć odpychanie elektrostatyczne, zaczyna działać silna siła przyciągania. Następnie następuje fuzja jąder.

Podczas syntezy jądrowej jąder wodoru powstają jądra helu i neutronów o ogromnych ilościach energii kinetycznej i promieniowania elektromagnetycznego. Wynika to z utraty masy w reakcji jądrowej.

Jest to mechanizm, który przeciwdziała kompresji grawitacyjnej gwiazdy poprzez ciśnienie kinetyczne i ciśnienie promieniowania. Dopóki gwiazda jest w tej równowadze, mówi się, że jest w głównym ciągu.

Scena czerwonego olbrzyma

Opisany powyżej proces nie trwa wiecznie, przynajmniej w przypadku bardzo masywnych gwiazd, ponieważ przemiana wodoru w hel powoduje zużycie paliwa.

W ten sposób ciśnienie przeciwdziałające zapadaniu grawitacyjnemu maleje, a tym samym rdzeń gwiazdy ulega zagęszczeniu, w tym samym czasie zewnętrzna warstwa rozszerza się i część najbardziej energetycznych cząstek ucieka w przestrzeń, tworząc chmura pyłu otaczająca gwiazdę.

Kiedy tak się dzieje, osiągnięto stan czerwonego olbrzyma i tak jest w przypadku Betelgeuse.

Ryc. 3. Betelgeuse, czerwony nadolbrzym o rozmiarach od 800 słońc do 130 parseków w konstelacji Oriona, pokazuje swój dysk gwiezdny. (Źródło: HST).

W gwiezdnej ewolucji masa gwiazdy określa czas życia i śmierci.

Nadolbrzym, taki jak Betelgeuse, ma krótką żywotność, bardzo szybko przechodzi przez główną sekwencję, podczas gdy mniej masywne czerwone karły świecą skromnie przez miliony lat.

Szacuje się, że Betelgeuse ma 10 milionów lat i znajduje się w końcowej fazie swojego cyklu ewolucyjnego. Uważa się, że za mniej więcej 100 000 lat jego cykl życia zakończy się wielką eksplozją supernowej.

Struktura i skład

Betelgeuse ma gęsty rdzeń otoczony płaszczem i atmosferą, która jest 4,5 razy większa od średnicy orbity Ziemi. Jednak w 2011 roku odkryto, że gwiazdę otacza ogromna mgławica materiału pochodzącego z niej.

Mgławica otaczająca Betelgezę rozciąga się 60 miliardów kilometrów od powierzchni gwiazdy, czyli 400 razy większy od promienia orbity Ziemi.

W końcowym stadium, czerwone olbrzymy wyrzucają ogromną ilość materiału do otaczającej przestrzeni w stosunkowo krótkim czasie. Szacuje się, że Betelgeuse zrzuci równowartość masy Słońca w ciągu zaledwie 10 000 lat. To tylko chwila w gwiezdnym czasie.

Poniżej znajduje się zdjęcie gwiazdy i jej mgławicy, wykonane teleskopem VLT znajdującym się w Cerro Paranal, Antofagasta w Chile przez ESO (European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere).

Na rysunku centralny czerwony okrąg to właściwie gwiazda Betelgeuse o średnicy cztery i pół razy większej od orbity Ziemi. Wtedy czarny dysk odpowiada bardzo jasnemu obszarowi, który został zamaskowany, abyśmy mogli zobaczyć mgławicę otaczającą gwiazdę, która, jak powiedziano, rozciąga się do 400 razy większy od promienia orbity Ziemi.

To zdjęcie zostało zrobione w podczerwieni i pokolorowane tak, aby różne regiony były widoczne. Niebieski odpowiada najkrótszym długościom fal, a czerwony najdłuższym.

Ryc. 4. Małe czerwone kółko w środku to gwiazda Betelgeuse, czarne koło maskuje niezwykle jasny obszar. Wokół czarnego koła możesz zobaczyć mgławicę złożoną z materii wyrzuconej przez gwiazdę. (Źródło: ESO-VLT)

Elementy obecne w Betelgeuse

Podobnie jak wszystkie gwiazdy, Betelgeuse składa się głównie z wodoru i helu. Ponieważ jednak jest gwiazdą w swoich końcowych fazach, w środku zaczyna syntetyzować inne cięższe pierwiastki z układu okresowego.

Obserwacje mgławicy otaczającej Betelgezę, zbudowanej z materiału wyrzuconego przez gwiazdę, wskazują na obecność pyłu krzemionkowego i tlenku glinu. Ten materiał jest tym, co tworzy większość planet skalistych, takich jak Ziemia.

To mówi nam, że miliony gwiazd podobnych do Betelgezy istniały w przeszłości, dostarczając materiału, z którego składały się skaliste planety naszego Układu Słonecznego, w tym Ziemia.

Tłumienie Betelgeuse

W ostatnich czasach Betelgeuse to nowość w prasie międzynarodowej, gdyż na początku października 2019 roku jej światło zaczęło znacznie przygasać, już po kilku miesiącach.

Na przykład w styczniu 2020 r. Jego jasność zmniejszyła się 2,5-krotnie. Jednak do 22 lutego 2020 roku przestał ściemniać się i zaczął odzyskiwać jasność.

Odnosi się to do widma widzialnego, jednak w widmie podczerwonym jego jasność pozostawała dość stabilna przez ostatnie 50 lat, co skłania astronomów do myślenia, że ​​nie jest to zmiana światła, jak ta, która występuje w etapy prowadzące do wybuchu supernowej.

Wręcz przeciwnie, chodzi o absorpcję i rozproszenie widzialnego pasma widma elektromagnetycznego z powodu chmury pyłu, którą sama gwiazda wyrzuciła.

Ta chmura pyłu jest przezroczysta dla podczerwieni, ale nie dla widma widzialnego. Najwyraźniej chmura grubego pyłu otaczająca gwiazdę szybko się od niej oddala, więc ramię Oriona, mitologicznego łowcy, z pewnością pozostanie na niebie znacznie dłużej.

Bibliografia

1. Astronoo. Betelgeuse. Odzyskany z: astronoo.com.
2. Pasachoff, J. 2007. Kosmos: astronomia w nowym milenium. Trzecia edycja. Thomson-Brooks / Cole.
3. Seeds, M. 2011. Podstawy astronomii. Wydanie siódme. Cengage Learning.
4. Otwórz okno. Relacja masa-jasność. Odzyskany z: media4.obspm.fr
5. Wikipedia. Betelgeuse. Odzyskany z: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Asocjacja gwiezdna Orion OB1. Odzyskany z: es.wikipedia.com