Czerwona perła wśród błękitów Oriona, czyli kilka słów o BETELGEZIE
Uważna analiza danych dotyczących poszczególnych gwiazd sprawia, że w pozornie powtarzalnych i nieciekawych obiektach zauważamy wyjątkowe, unikatowe cechy. Jednakże kompozycją wszelakich wyjątkowości okazuje się być jedna z najjaśniejszych gwiazd konstelacji Oriona: Betelgeza.
Intensywnie pomarańczowa i wyjątkowo jasna, bez wątpienia wyróżnia się na tle licznych błękitnych gwiazd wczesnych typów widmowych, których nie brakuje w gwiazdozbiorze Oriona. Samotna, majestatyczna, odosobniona. Przyjrzyjmy się uważniej Alfie Orionis, aby poznać i docenić jej wyjątkowy charakter.
Betelgeza jest czerwonym nadolbrzymem w końcowej fazie swojego życia. Świadczy o tym jej typ widmowy oraz klasa jasności: M2 Iab. Wskaźnik barwy (B-V) równy 1,52 potwierdza pomarańczowo-czerwone zabarwienie Alfy Orionis.
Gwiazda ta jest bardzo odległym obiektem. Od Ziemi dzieli ją dystans około 450 lat świetlnych. Ale gdyby znalazła się w miejscu Słońca, jej zewnętrzne warstwy przekroczyłyby orbitę Marsa.
Betelgeza jest jedną z najjaśniejszych gwiazd nocnego nieba. Pod tym względem plasuje się na ósmym miejscu. Jej jasność wizualna wynosi średnio 1 magnitudo. Ale należy zaznaczyć, że Alpha Orionis jest gwiazdą zmienną o bardzo wysokiej amplitudzie zmian jasności. Zakres tych zmian wynosi 0,0 do 1,30 magnitudo. Choć z notatek różnych obserwatorów na przestrzeni wielu lat, można wnioskować, że granice te bywały sporadycznie przekraczane.
Betelgeza należy do gwiazd zmiennych półregularnych. Zmiany jasności Alfy Orionis są powiązane ze zmianami jej rozmiaru. Gwiazda podlega cyklom pulsacyjnym, puchnąc i kurcząc się na przemian. Zmienne półregularne podlegają typowym, regularnym cyklom zmian jasności, jednak na ich zmienność może składać się kilka osbnych cyklów z własnymi odrębnymi okresami oraz amplitudami zmian. Stąd wpadkowa krzywa zmian jasności posiada pozorny nieregularny charakter.
Obserwacje zmienności Betelgezy są szczególnie ekscytujące, kiedy dokonuje się ich na długiej przestrzeni czasowej. Przyjrzyjmy się tym prowadzonym w XIX w. przez astronoma Sir Johna Herschela. Możliwe, że był on pierwszą osobą, która zauważyła i opisała zmiany jasności Betelgezy. Najbardziej drastyczne fluktuacje miały miejsce w latach 1836-1840 oraz 1849- 1852. A w grudniu 1852 roku, Herschel zanotował, że Betelgeza jawiła się wówczas jako „najjaśniejsza spośród wszystkich gwiazd północnego nieba. Jaśniejsza nawet niż Kapella i Arkturus”. Oznaczało to, że jasność przekroczyła granicę 0,0 magnitudo, przyjmując ujemna wartość -0,1m. Z kolei Robert Burnham zanotował, że wyjątkowo wysokie skoki jasności u Betelgezy miały miejsce w latach: 1925, 1930, 1933, 1942, 1947. Z kolei w latach 1957-1967 odnotowano nieznaczne fluktuacje jasności.
Interesujące pod tym względem są notatki redaktora magazynu „Sky & Telescopes”, Josepha Ashbrooka. Ashbrook badał Betelgezę między 1937 i 1975 rokiem. W tym czasie wytyczył skrajne wychylenia jasności gwiazdy i zapisał, co następuje: najwyższa odnotowana jasność Alfy Orionis: -0,1 magnitudo, najniższa: +1,1 magnitudo. Z pozostałych jego notatek wynikało, że zmienność Betelgezy ma charakter łagodny i stopniowy. Sporadycznie mają miejsce nagłe skoki jasności, np. w 1957 roku Betelgeza w krótkim czasie pojaśniała o 0,4 magnitudo.
Zmienność Betelgezy dotyczy nie tylko jej rozmiarów oraz, w konsekwencji, jasności, ale również temperatury gwiazdy. W chromosferze αOri zaobserwowano modulacje strumienia światła widzialnego oraz ultrafioletowego. Mają one związek z pulsacją fotosfery.
Należy wspomnieć, iż okres zmian jasności Betelgezy jest niezwykle długi i wynosi 2335 dni czyli 6,39 lat.
Parametry fizyko-chemiczne:
Przez wiele dziesięcioleci Betelgeza była uznawana za największą, najczerwieńszą i najjaśniejszą gwiazdę spośród olbrzymów. Jednak, ostatnimi czasy okazało się, że pod względem jasności, Alfę Orionis pokonuje Antares, który przy odległości 600 lat świetlnych ma jasność około 1 magnitudo. Średnia jasność Betelgezy jest większa (około 0,5 magnitudo), ale jest to jasność wizualna, widziana przez nas z Ziemi. Antares za to ma wyższą jasność absolutną.
Patrząc z Ziemi, Betelgeza, przy średniej jasności wizualnej +0,5 magnitudo jest jasniejsza od 1-magnitudowego Antaresa, którego wizualna wielkość gwiazdowa nigdy nie przekracza wartości +0,6 magnitudo (oscyluje ona w zakresie: 0,6- 1,6 magnitudo). Betelgeza mieści się w zakresie -0,1 do +1,3 magnitudo. Bardzo rzadko spada do wartości +1,6m.. Ale gdy ma to miejsce, αOri ledwie przekracza jasność składników Pasa Oriona.
Skład chemiczno-izotopowy Betelgezy znacząco się różni od składu czerwonych nadolbrzymów. Jedynie zawartość azotu jest lekko podwyższona, a stężenie węgla nieznacznie zaniżone. Obserwuje się również niską zawartość izotopu węcla C-12 w stosunku do węgla C-13.
Temperatura w wewnętrznych gęstych (103g/cm3) warstwach Betelgezy wynosi 108K. Z kolei temperatura zewnętrznej części gwiazdy to już zaledwie 3500 +/- 200 [K].
Na powierzchni αOri, podobnie jak u reszty nadolbrzymów, panuje słaba grawitacja- znacznie niższa niż w przypadku gwiazd ciągu głównego. Ma to związek z silnie rozrzedzoną materią w zewnętrznych warstwach nadolbrzyma. W zewnętrznych obszarach mają miejsce wzmożone ruchy konwekcyjne materii, które przyczyniają się do zmiennej jasności gwiazdy.
Ciekawą cechą czerwonych nadolbrzymów typu widmowego M jest ich bardzo rozległa atmosfera, której szerokość przekracza 1 A.U. Betelgeza, na skutek oddziaływań wiatru gwiazdowego, nieustannie traci materię z zewnętrznych warstw, co przyczynia się do powolnego spadku jej masy. Jednak biorąc pod uwagę wyjściową masę gwiazdy, spadek ten jest praktycznie niezauważalny. Szacuje się, że dla αOri wynosi on około 1-3 x 10-6 masy Słońca/ rok.
Betelgeza ma względnie niską prędkość rotacji. Okres obrotu wokół własnej osi jest równy 8,4 roku. Rotacja nie ma znaczącego wpływu na wewnętrzną strukturę obecnej Betelgezy, ale z pewnością miała takowy, gdy gwiazda należała do ciągu głównego.
Czerwone olbrzymy emitują znaczne ilości promieniowania elektromagnetycznego. Jednak spora cześć tych promieni jest niewidoczna dla oka, ponieważ znajduje się w zakresie podczerwieni. Światło widzialne emitowane przez Betelgezę stanowi zaledwie 13% wszystkich wyzwalanych fotonów. Ale jeśli oko ludzkie mogłoby dostrzegać wszystkie częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego, to αOri byłaby najjaśniejszą spośród wszystkich gwiazd nocnego nieba.
Średnica kątowa:
Betelgeza posiada bardzo dużą średnicę kątową. Na obecny stan wiedzy, zajmuje pod tym względem drugie miejsce spośród gwiazd nocnego nieba. Większą średnice kątową ma jedynie gwiazda R Doradus: 0,057” +/- 0,005”.
Średnica kątowa fotosfery u Betelgezy jest zmienna i oscyluje w zakresie: 0,043” – 0,056”. Fluktuacje te mają swą przyczynę w pulsacji gwiazdy.
Pierwszych pomiarów średnicy kątowej dla αOri dokonano w 1920r. przy pomocy 100-calowego teleskopu. Uczeni, po analizie danych zauważyli ciemne obszary, jakby przebarwienia na powierzchni Betelgezy. Są to miejsca o niższej temperaturze, odpowiedniki plam Słonecznych. Z kolei w latach 90-tych ubiegłego wieku kosmiczny teleskop Hubble’a wykonał zdjęcie tarczy Alfy Orionis wraz z widocznym jasnym obszarem na powierzchni gwiazdy. Na fotografii widoczna była także atmosfera (w nadfiolecie).
Gdyby umiejscowić Betelgezę w centrum Układu Słonecznego, zamiast Słońca, wówczas przekroczyłaby orbitę Marsa. Przyjmuje się, że średnica αOri jest około 650 razy większa od słonecznej. To są blisko 3 jednostki astronomiczne.
Jak to już bywa w przypadku nadolbrzymów- ich średnice są ogromne. Ale wielkość ta została osiągnięta kosztem gęstości, która dla tego typu gwiazd jest w zewnętrznych obszarach wybitnie niska. Kolokwialnie mówiąc, materia nadolbrzymów jest „napuchnięta”, „napuszona” i zarazem skrajnie rozrzedzona. Znacznie rzadsza od największej próżni, jaką udaje się otrzymać na Ziemi w warunkach laboratoryjnych.
Niestety, póki co nauka nie potrafi precyzyjnie i jednoznacznie wskazać, gdzie leży kraniec gwiazd-nadolbrzymów. Nie potrafimy powiedzieć, gdzie kończy się gwiazda, a zaczyna jej atmosfera. W przypadku Słońca taki podział jest łatwy do wykonania. Dodatkowym utrudnieniem jest fakt, iż czerwone olbrzymy (w tym m.inn. Betelgeza i Antares) często są zanurzone w pyle międzygwiezdnym, tak rozległym, że ciągnie się on na dystansie kilku lat świetlnych.
Czyżby układ wielokrotny?
W 1985 roku, w oparciu o analizę wyników interferometrii, dokonano ciekawej obserwacji. Betelgeza prawdopodobnie posiada dwie gwiazdy towarzyszące. Jeżeli rzeczywiście istnieją, znajdują się bardzo blisko swej gwiazdy macierzystej: jedna 40-50 jednostek astronomicznych, a druga zaledwie 5 jednostek. Druga ze składowych znajduje się tak blisko Betelgezy, że porusza się (przynajmniej w części swej orbity) wewnątrz niej, a dokładniej: w zewnętrznej części gwiazdy. Jest to możliwe z uwagi na silnie rozrzedzoną materię czerwonego olbrzyma.
Kiedy wybuchnie?
Wiele się mówi o Betelgezie będącej w terminalnym stadium swojego życia. Szacuje się, że z uwagi na wysoką masę, αOri wybuchnie jako supernowa, jednak nie sposób oszacować, kiedy to nastąpi. Jak już wspomniano, Betelgeza, na skutek działania wiatru gwiazdowego stopniowo wytraca materię. Jednak ryzyko, że masy ubędzie na tyle, iż stanie się niemożliwym proces eksplozji supernowej, jest znikome, a nawet pomijalnie niskie.
Co nieco o genezie nazwy „Betelgeza”:
Alfa Orionis posiada najbardziej nietypową, wymyślą i trudną do przetłumaczenia nazwę. Paul Kunitzsch twierdzi, że pochodzi ona od arabskiego określenia: „yad al-jauza”, czyli „reka al-jauza”. A „al-jauza” oznacza tyle co „olbrzym”. Słowo „olbrzym” z kolei było staroarabskim określeniem Oriona. Tłumaczenie, na przestrzeni lat uległo komplikacji po próbach zapisu jej w języku lacińskim. „Yad al-jauza” zanotowano jako „bedalgeuze”. I wówczas może być mylnie kojarzone (z arabskiego) jako „pacha al-jauza”, a więc „pacha Oriona”.
W XIX wieku, aż do połowy XX, nazwa gwiazdy była pisana jako „Betelgeze” lub „Betelgeux”.
W ostatnich dekadach „Betelgeza” (ang. „Betelgeuse”) stało się standardem w pisowni. Kwestią sporną (i poniekąd indywidualną) pozostaje wymowa. W mowie potocznej funkcjonuje również określenie „Bet-el-joos”, które w ramach żartu czytane jest jako: „Beet-el-joos”, co ma nawiązywać do postaci filmowej o imieniu „Beetlejuice”.
Źródła:
- M. Dolan, G.J. Mathews, D.D. Lem, N.Q. Len, G. Herezeg, D.S.P. Deothorn, „Evolutionary Tracks of Betelgeuse”.
- Goldberg „The Variability of Alpha Orionis”, Kitt Peak National Observatory, Arizona, 1984.
- Karttunen, P. Kroger „Fundamental Astronomy”.
- Schaaf „The Brightests Stars”, str. 174-182.
- Zdjęcie konstelacji Oriona: http://www.yalescientific.org/2011/05/betelgeuse-ticking-time-bomb/
