Новые наблюдения Бетельгейзе: что скрывается в атмосфере красного сверхгиганта

Международная команда астрономов под руководством Уильяма Дента из Европейской южной обсерватории провела наблюдения Бетельгейзе с помощью телескопа ALMA в Чили. Исследователи обнаружили долгоживущие горячие пятна на поверхности звезды и сложную структуру молекулярной оболочки вокруг нее. Результаты работы опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

В августе 2023 года радиотелескоп ALMA, работающий в самом протяженном режиме с антеннами, разнесенными на 16 километров, направили на Бетельгейзе. Это позволило получить изображения с беспрецедентным разрешением — до 7 тысячных долей угловой секунды, что составляет примерно одну шестую видимого диаметра звезды. Наблюдения велись одновременно в трех диапазонах длин волн от 0,6 до 1,4 миллиметра.

Оказалось, что излучение в субмиллиметровом диапазоне исходит из слоя атмосферы на расстоянии примерно 1,2 радиуса звезды от ее центра. Температура там составляет около 2300 градусов Кельвина. Но самое интересное, в этом слое видны два горячих пятна: одно к северо-западу от центра, другое к юго-востоку. Самое яркое пятно горячее окружающего газа примерно на 800 градусов.

Когда ученые сравнили полученные изображения с данными 2015 года, они обнаружили неожиданное. Северо-восточное горячее пятно практически не изменило своего положения и яркости за семь лет. Это противоречит теоретическим моделям, которые предсказывают, что подобные структуры, вызванные конвекцией, должны жить не дольше нескольких лет.

При этом форма внешней границы звезды на этих длинах волн изменилась. Радиус фотосферы колеблется в пределах плюс-минус 6 процентов, и эти неровности сосредоточены в юго-восточном секторе. Их детали за семь лет стали другими, что говорит о более быстрой эволюции формы атмосферы по сравнению с горячими пятнами.

Молекулы и мазеры

Вокруг звезды обнаружена оболочка из молекул оксида кремния и угарного газа. В отличие от относительно симметричного непрерывного излучения, молекулы распределены крайне неравномерно, образуя отдельные сгустки. За семь лет картина молекулярного излучения сильно изменилась, в отличие от горячих пятен.

Особый интерес вызвали линии излучения возбужденного оксида кремния. Некоторые из них оказались намного ярче, чем должно быть при обычном нагреве. Это значит, что работает мазерный механизм, усиление излучения, подобное лазерному. Температура одного из таких источников достигает 6000 К, что в несколько раз выше температуры окружающего газа.

Анализ скоростей газа показал, что молекулы, поглощающие излучение на фоне звезды, в основном движутся к наблюдателю. Это соответствует подъему газа из недр звезды. При этом убедительных доказательств вращения Бетельгейзе вокруг оси найти не удалось, сложные движения газа маскируют возможное вращение.

В юго-западном секторе на расстоянии около 60 миллисекунд дуги от звезды обнаружено отдельное облако газа. Возможно, оно связано с Великим Затемнением 2020 года, когда яркость звезды упала вдвое. Если предположить, что это облако было выброшено тогда и движется со скоростью 10 км/с, его положение соответствует прошедшему времени.

Гравитационное влияние возможного компаньона

Гипотеза о существовании у Бетельгейзе звезды-компаньона получила весомые подтверждения в последние годы. Согласно исследованиям, этот объект под названием Сиварха, обращается вокруг красного сверхгиганта с периодом примерно 5,8 года на расстоянии всего 2,3 радиуса Бетельгейзе. Это означает, что компаньон движется прямо сквозь внешнюю атмосферу звезды.

Орбита компаньона расположена почти точно в плоскости нашего наблюдения (ребром к Земле), а ее ось совпадает с осью вращения самой Бетельгейзе. Гравитационное взаимодействие создает несколько эффектов. Компаньон оставляет за собой «кильватерный след» — сгусток газа, похожий на волну от движущейся лодки. Когда спутник проходит перед звездой, в спектре возникают изменения, а когда скрывается за диском, хвост газа начинает поглощать излучение.

Именно в области предполагаемого расположения спутника (юго-восточный сектор) ALMA зафиксировала наибольшие искажения формы фотосферы, отклонения радиуса до 6 процентов. Направление оси орбиты компаньона также близко к направлению между двумя горячими пятнами на поверхности Бетельгейзе. Согласно расчетам, в ближайшие 10 тысяч лет орбита компаньона будет сокращаться, пока он не будет поглощен звездой. Следующее его появление ожидается в августе 2027 года.

В итоге наблюдения показали, что атмосфера Бетельгейзе устроена гораздо сложнее, чем предполагалось. Долгоживущие горячие пятна, стабильные на протяжении семи лет, не укладываются в существующие модели конвекции. Быстро меняющаяся молекулярная оболочка и отсутствие четких признаков вращения указывают на то, что процессы в атмосфере этой звезды остаются во многом загадочными. Понимание этих механизмов важно не только для объяснения природы красных сверхгигантов, но и для разгадки того, как массивные звезды теряют вещество и обогащают космос тяжелыми элементами.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях