Когда в ноябре 2019 года среди астрономов поползли слухи о том, что близлежащий красный сверхгигант Бетельгейзе тускнеет, астрофизик Мигель Монтаржес сомневался, что происходит что-то необычное. В конце концов, звезда, которая образует мускулистое плечо созвездия Охотника Ориона, имеет регулярные циклы угасания. Но когда яркость Бетельгейзе резко упала, он не мог игнорировать очевидную аномалию. Поэтому он решил доказать, что стандартные циклы совпали случайно, и подыскал команду и прибор, способный увеличить масштаб нашего дружественного соседнего красного сверхгиганта.
"Моей целью было сделать снимок с помощью [чилийского Очень большого телескопа], чтобы показать, что звезда была такой, какой она бывает обычно", - говорит Монтаржес, который в настоящее время работает астрономом в Парижской обсерватории. "Конечно, я был совершенно неправ".
Тем временем слухи распространялись как лесной пожар. Является ли шипение престарелой Бетельгейзе признаком приближающейся впечатляющей сверхновой звезды? Такие взрывы звезд - редкое зрелище, их наблюдали всего пять раз в нашей галактике, и никогда на таком близком расстоянии. Астрономы так не думали, но они не могли отрицать, что красный сверхгигант замышляет что-то необычное. Его яркость в итоге упала примерно на две трети, а затем восстановилась - это рекордный минимум с начала современных измерений. Даже невооруженным глазом звездочеты заметили снижение яркости.
Два года спустя Бетельгейзе осталась на ночном небе, целая и невредимая. Так что же на самом деле произошло в том уголке Ориона, за сотни световых лет от нас? После проведения наблюдений с помощью одного из самых мощных телескопов в мире и кропотливой теоретической работы, просеивающей тысячи теорий, Монтаржес и его команда нашли наиболее вероятное объяснение. Их выводы - это лучший ответ, который астрономическое сообщество, вероятно, получит на этот вопрос.
"Это самая полная картина того, что вызвало "Великое потускнение", которую мы видели", - сказала Эмили Левеск, астроном из Университета Вашингтона, которая не принимала участия в исследовании. "Это дает нам действительно хорошую, четкую картину того, что произошло с Бетельгейзе".
Зум мирового класса
Когда Бетельгейзе потускнела на глазах астрономов, возникло множество идей о том, что может быть тому виной. Возможно, что-то просто заслоняет звезду. У нее нет бинарного двойника, так что, возможно, перед ней проплыло облако межзвездной пыли. Или какая-то часть обширного пылевого облака, окружающего стареющую звезду, могла сгуститься. Возможно, остыла сама звезда.
Чтобы решить эту загадку, команда обратилась к одному из самых мощных земных зум-объективов: прибору на Очень большом телескопе, известному как SPHERE (сокращение от Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research).
В большинстве астрономических инструментов Бетельгейзе выглядит как однопиксельное пятнышко, окруженное клубящимся облаком пыли. Но с помощью SPHERE исследователи смогли увеличить масштаб достаточно далеко, чтобы увидеть звезду как круглый объект, которым она на самом деле является. Такое приближение позволило им заметить не только то, что Бетельгейзе тускнеет, но и то, где она тускнеет.
Монтаржес и его коллеги использовали SPHERE для получения серии снимков, основываясь на одном снимке, который он случайно сделал в 2019 году до начала угасания. Затем группа сделала еще один снимок во время декабрьского затухания, и еще два - в январе и марте 2020 года. Запечатлеть полную последовательность оказалось удачей. Первый снимок был сделан во второй из двух ночей наблюдения, после того как облака помешали первой попытке. "Это было настоящим чудом, что в итоге мы получили изображение [до затемнения]", - говорит Эмили Кэннон, соавтор проекта из Левенского католического университета в Бельгии.
Возможно, не менее чудесным было и то, что команда получила последнее изображение в последний день наблюдений VLT перед тем, как его отключили из-за пандемии.
Полученные с большим трудом снимки рассказали ясную историю: Нижняя половина Бетельгейзе потускнела и оставалась темной на протяжении всего эпизода, что исключает возможность быстрого пролета межзвездного интервента.
14 000 догадок, один ответ
В течение нескольких месяцев после этого события возникли две ведущие гипотезы, обе из которых были подтверждены различными наблюдениями. Первая заключалась в том, что близлежащий участок пыли, часть естественной вуали звезды, похоже, заслонил ее яркую поверхность. Вторая - что, по-видимому, образовалось прохладное пятно. Монтаржес и его команда рассмотрели тысячи моделей различных вариантов развития событий, связанных с пылью и холодным пятном, в общей сложности около 14 000, в поисках теории, которая наилучшим образом соответствовала бы изображениям SPHERE. В итоге они пришли к выводу, что эти два эффекта вместе привели к потемнению звезды.
Вот что, по их мнению, произошло. Примерно за год до Великого потускнения Бетельгейзе выпустила гигантскую порцию газа, выпустив облако водорода и других атомов. Затем, по случайности, гигантская полоса звездной поверхности остыла. Конвекция движет всеми звездами, когда более горячий материал поднимается и образует быстро остывающие пузырьки на поверхности - явление, похожее на попкорн, астрономы недавно наблюдали на нашем Солнце.
У такого пухлого красного сверхгиганта, как Бетельгейзе, эти клетки могут покрывать до четверти поверхности звезды, посылая холод в космос. Холод дал газовому облаку возможность осесть и превратиться в зернистые молекулы пыли. Затем это сажистое облако заблокировало свет звезды, не давая ему достичь Земли. Группа подробно описала свои выводы 16 июня в журнале Nature.
"Люди предлагали свои варианты, и эта статья в Nature проделала удивительную работу, собрав их воедино", - говорит Левеск, написавший сопроводительный анализ.
Близлежащий звездный полигон
Хотя Бетельгейзе еще не готова обучать современных астрономов тонкостям сверхновых, инцидент с Великим потускнением помогает им понять последний акт звезд, масса которых в восемь раз превышает массу нашего Солнца.
"Бетельгейзе дала нам удивительный близлежащий полигон для изучения красных сверхгигантов, который, надеюсь, мы теперь сможем применить к этим звездам в целом", - говорит Левеск.
Теоретики знали, что холодные пятна и газовые отрыжки, скорее всего, встречаются часто, но внимательное изучение взаимодействия этих типов поведения может прояснить, как звездные ветры запускаются с поверхности звезд.
Звездные ветры отвечают за распространение тяжелых атомов, из которых формируются планеты и люди, по всему космосу, а также за определение того, будет ли у этих тяжелых звезд в конце жизни достаточно массы, чтобы превратиться в черную дыру (Бетельгейзе, скорее всего, закончит свою жизнь как нейтронная звезда, но она находится на пороге смерти черной дыры).
Бетельгейзе расположена гораздо ближе к Земле, чем другие красные сверхгиганты, поэтому астрономы могут видеть достаточно четко, чтобы понять, что происходит, когда она разгорается. На самом деле, близлежащая звезда светит так ярко, что ее огненные лучи могут легко повредить хрупкое астрономическое оборудование. "Больше всего вы боитесь, что Бетельгейзе сожжет детектор, - говорит Кэннон.
Драматический взрыв, на который многие надеялись, все еще грядет, но когда именно - никто не знает. Он может произойти в любой день в течение следующих 100 000 лет или около того. Монтаржес, в свою очередь, сентиментально относится к Бетельгейзе - первой звезде, которую он научился определять по имени еще в детстве. Он надеется изучать красный сверхгигант до конца своей карьеры".
Когда мне будет 70 лет, возможно, я буду не против [того, чтобы она взорвалась как сверхновая]", - говорит он. "Или 80. Когда я буду 80-летним, это будет прекрасно".