Кипящая поверхность гигантской звезды Бетельгейзе может создавать иллюзию

Фото из открытых источников
Недавние наблюдения Бетельгейзе, звезды, расположенной в созвездии Ориона, открыли тайну красного сверхгиганта. Они предполагают, что она вращается намного быстрее, чем должна быть способна звезда ее размера. Исследование команды было опубликовано в Astrophysical Journal Letters.
 
Теперь команда из Института астрофизики Макса Планка под руководством Цзин-Зе Ма нашла объяснение, почему Бетельгейзе вращается так быстро. Возможно, говорят исследователи, на самом деле это иллюзия, созданная бурно кипящей поверхностью звезды. 
 
Ма и его коллеги считают, что пузырящаяся поверхность звезды может быть ошибочно принята за вращение — даже самыми совершенными телескопами. Эта ошибка может привести к тому, что наблюдатели подумают, что Бетельгейзе, расположенная на расстоянии от 500 до 600 световых лет от Земли, вращается быстрее, чем это возможно для звезды такой огромной величины.
 
«Для большинства людей звезды — это просто светящиеся точки на небе. Наши результаты еще раз подчеркивают, что звезды, подобные Бетельгейзе, имеют настолько резкое кипящее движение на поверхности, что мы можем видеть эти движения в действии в телескопы», — сказал Ма. «Мы очень рады тому, что действительно можем делать прогнозы на основе наших симуляций, которые в ближайшие годы будут проверены наблюдениями».
 
Бетельгейзе — печально известная красная звезда-сверхгигант, которая недавно попала в заголовки газет, когда ее затемнение заставило ученых предположить, что она может вот-вот взорваться.
 
«Большинство звезд — это всего лишь крошечные точки света на ночном небе. Бетельгейзе настолько невероятно велика и расположена так близко, что с помощью самых лучших телескопов это одна из очень немногих звезд, где мы действительно наблюдаем и изучаем ее кипящую поверхность», — говорит соавтора исследования Сельма де Минка из Института астрофизики Макса Планка. «Это до сих пор немного похоже на научно-фантастический фильм, как будто мы приехали туда, чтобы посмотреть его поближе. И результаты настолько захватывающие».
 
Бетельгейзе — одна из самых ярких звезд в Северном полушарии над Землей, а это означает, что она хорошо изучена для изучения — но, как показывают наблюдения за ее тусклостью, это не означает, что она не способна преподносить сюрпризы. 
 
Бетельгейзе, диаметр которой превышает 620 миллионов миль (1 миллиард километров), более чем в 1000 раз больше Солнца, что делает ее одной из крупнейших звезд в известной Вселенной. Если бы Солнце и Бетельгейзе поменялись местами и красный сверхгигант поместили в сердце Солнечной системы, он поглотил бы Меркурий, Венеру, Землю и Марс, а его атмосфера простиралась бы до орбиты Юпитера. 
 
Ожидается, что такие массивные звезды будут иметь относительно умеренную скорость вращения. Это связано с тем, что когда звезды «раздуваются» и расширяются во время фазы красного гиганта, сохранение углового момента предполагает, что их вращение должно замедляться. Это похоже на то, как фигурист на Земле опускает и разводит руки, чтобы замедлить вращение.
 
Тем не менее, недавние наблюдения Бетельгейзе, особенно те, которые были сделаны с помощью Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA), расположенной на севере Чили, показали, что Бетельгейзе вращается со скоростью около 11 200 миль в час (5 километров в секунду). Это примерно в восемь раз быстрее, чем у реактивного истребителя.
 
Исследование, проведенное ALMA, обсерваторией, состоящей из 66 радиоантенн, которые вместе образуют один телескоп, показало, что хотя половина Бетельгейзе, похоже, приближается к Земле, другая, похоже, удаляется. Именно эту так называемую «диполярную карту лучевых скоростей» на внешнем слое Бетельгейзе ученые интерпретировали как быстрое вращение. 
 
Однако эта интерпретация основана на том, что Бетельгейзе считается идеально круглой сферой — а это не так, отмечают исследователи нового исследования. Поверхность красного сверхгиганта турбулентна и покрыта кипящими пузырьками. Фактически, размеры некоторых из этих пузырей равны всей орбите Земли вокруг Солнца. Эти пузыри, приводимые в движение механизмом передачи тепла, называемым конвекцией, могут подниматься и опускаться со скоростью до 30 км/с, что примерно в три раза быстрее, чем, например, у космического корабля «Орион», корабля для экипажа миссии «Артемида». 
 
Чтобы проанализировать это точное, пузырьковое изображение Бетельгейзе, команда разработала новый компьютерный пакет постобработки для моделирования синтетических изображений ALMA и сравнения их с трехмерным радиационным гидродинамическим моделированием невращающихся красных звезд-сверхгигантов. Это показало, что скопление кипящих пузырьков, поднимающееся с одной стороны Бетельгейзе, когда другое скопление падает с другой, создаст диполярную карту лучевых скоростей. По словам команды, эта конвекция будет размыта в реальных наблюдениях ALMA, что сделает ее неотличимой от быстрого вращения.
 
Фактически, команда обнаружила, что примерно в 90% их симуляций Бетельгейзе будет интерпретироваться как вращающаяся со скоростью десятки тысяч миль в час из-за этого крупномасштабного кипения на поверхности красного сверхгиганта. Однако если моделирование команды ошибочно, могут быть и другие объяснения. Например, это может указывать на то, что красная звезда-сверхгигант давным-давно занималась звездным каннибализмом.
 
«Если Бетельгейзе все-таки быстро вращается, то мы думаем, что она, должно быть, раскрутилась после того, как съела небольшую звезду-компаньон, вращавшуюся вокруг нее», — добавляет де Минк.
 
Теперь команда будет использовать дальнейшие наблюдения Бетельгейзе, чтобы оценить скорость ее вращения и лучше понять, как ее поверхность кипения влияет на такие измерения, тем самым проверив свою модель.
 
«Мы так многого еще не понимаем в гигантских кипящих звездах, таких как Бетельгейзе. Как они на самом деле работают? Как они теряют массу? Какие молекулы могут образовываться в их потоках? Почему Бетельгейзе внезапно стала менее яркой?», - говорит соавтор исследования Андреа Кьявасса. «Мы очень усердно работаем над тем, чтобы наши компьютерные симуляции становились все лучше и лучше, но нам действительно нужны невероятные данные с таких телескопов, как ALMA».