BETELGEUSE: VLASTNOSTI, FORMACE, STRUKTURA A SLOŽENÍ - ARTE - 2025

Betelgeuse je alfa hvězdou souhvězdí Orion, proto se také nazývá alfa Orionis. Je to hvězda červeného supergiantového typu, hvězdy s největším objemem, ale ne nutně nejmasivnější.

Přestože je alfa hvězdou Orionu, Betelgeuse na první pohled není nejjasnější v souhvězdí, protože Rigel-Beta Orionis je ta, která vyniká nejvíce. V infračerveném a téměř červeném spektru je však Betelgeuse nejjasnější, což přímo souvisí s její povrchovou teplotou.

Obrázek 1. Souhvězdí Orion a čtyři jeho hlavní hvězdy, včetně Betelgeuse. Zdroj: Pixabay.

Tato hvězda byla jistě pozorována od starověku prvními lidmi kvůli její velké svítivosti. V pořadí jasu je to obvykle desátý nejjasnější na noční obloze a, jak jsme řekli, druhý v jasu v souhvězdí Orion.

Čínští astronomové v 1. století popsali Betelgeuse jako žlutou hvězdu. Ale jiní pozorovatelé jako Ptolemy to označovali jako oranžové nebo načervenalé. Mnohem později, během 19. století, John Herschel poznamenal, že jeho jas je proměnlivý.

Stává se, že se vyvíjejí všechny hvězdy, a proto se jejich barva v průběhu času mění, protože vylučuje plyn a prach z nejpovrchnějších vrstev. To také mění jeho jas.

Obecné vlastnosti

Betelgeuse je charakteristický příklad červené supergiantní hvězdy, která se vyznačuje spektrálním typem K nebo M a typem luminosity I.

Jsou to hvězdy s nízkou teplotou; V případě Betelgeuse se počítá, že se pohybuje kolem 3000 K. Teplota a barva jsou spojeny, například kousek horkého železa je červeně horký, ale pokud se teplota zvýší, zbělá.

Přestože je Betelgeuse stará pouhých 8 milionů let, rychle se vyvinula z hlavního sledu, protože její jaderné palivo vyčerpalo a nabobtnalo na své současné rozměry.

Tyto obří hvězdy mají také proměnlivou svítivost. V posledních letech se její jas snížil, což znepokojilo vědeckou komunitu, i když se v poslední době zotavuje.

Zde jsou jeho hlavní charakteristiky:

- Vzdálenost: mezi 500 a 780 světelnými roky.

- Hmotnost: Mezi 17 až 25 solárními hmotami.

- Poloměr: Mezi 890 až 960 solárními poloměry.

- Jas: Mezi 90 000 až 150 000 slunečním jasem.

- Stav vývoje: červený supergiant.

- Zdánlivá velikost: +0,5 (viditelná) -3,0 (infračervené pásmo J) -4,05 (infračervené pásmo K).

- Věk: Mezi 8 a 10 miliony let.

- Radiální rychlost: +21,0 km / s

Betelgeuse patří do spektrální třídy M, což znamená, že teplota její fotosféry je relativně nízká. Je klasifikován jako typ M1-2 Ia-ab.

V Yerkes diagramu spektrální klasifikace, přípona Ia-ab znamená, že to je supergiant střední svítivosti. Světelné spektrum Betelgeuse se používá jako reference pro klasifikaci jiných hvězd.

Průměr Betelgeuse se odhaduje na 860 až 910 milionů kilometrů a byla to první hvězda, jejíž průměr byl měřen interferometrií. Tento průměr je srovnatelný s průměrem Jupiterovy oběžné dráhy, není to však největší z červených supergiantů.

Navzdory své velké velikosti je pouze 10 až 20krát hmotnější než naše Slunce. Jeho hmota je však dostatečně velká, aby její hvězdný vývoj byl rychlý, protože životnost hvězdy je obrácením čtverec jeho hmotnosti.

Formování a evoluce

Betelgeuse, stejně jako všechny hvězdy, začala jako obrovský oblak plynného vodíku, helia a kosmického prachu s dalšími chemickými prvky, které kondenzovaly kolem centrálního bodu a zvyšovaly jeho hustotu hmoty.

Existují důkazy, že tomu tak je při vytváření hvězdokup, které se obvykle nacházejí uvnitř mlhovin složených ze studené, řídké mezihvězdné hmoty.

Obrázek 2. Mlhovina IC396 s četnými hvězdami ve fázi formování. Snímek byl pořízen infračerveným paprskem, protože viditelné spektrum je absorbováno mlhovinou. Zdroj: NASA / Spitzer.

Vznik hvězdy, její život a smrt je věčný boj mezi:

• Gravitační přitažlivost, která má sklon kondenzovat veškerou hmotu najednou a
• Individuální kinetická energie každé částice, která společně vyvíjí tlak nutný k úniku a expanzi z bodu přitažlivosti.

Když se původní oblak zmenšuje směrem do středu, vytváří se protostar, který začíná emitovat záření.

Gravitační přitažlivost způsobuje, že atomová jádra získávají kinetickou energii, ale když se zastaví v nejhustším středu protostar, emitují elektromagnetické záření a začnou tedy svítit.

Když je dosaženo bodu, kdy jsou vodíková jádra tak pevně nabitá a získává dostatek kinetické energie k překonání elektrostatického odporu, začne působit silná přitažlivá síla. Pak dojde k fúzi jader.

Při jaderné fúzi jader vodíku se tvoří heliová a neutronová jádra s obrovským množstvím kinetické energie a elektromagnetického záření. Je to kvůli ztrátě hmoty v jaderné reakci.

Toto je mechanismus, který působí proti gravitační kompresi hvězdy prostřednictvím kinetického a radiačního tlaku. Dokud je hvězda v této rovnováze, říká se, že je v hlavní posloupnosti.

Červená obří scéna

Výše popsaný proces netrvá věčně, alespoň u velmi hmotných hvězd, protože jak se vodík přeměňuje na helium, palivo je vyčerpáno.

Tímto způsobem tlak, který působí proti gravitačnímu kolapsu, klesá, a proto se jádro hvězdy zhutňuje, současně s tím, jak se vnější vrstva rozpíná a část energeticky nejaktivnějších částic uniká do vesmíru a vytváří prachový mrak obklopující hvězdu.

Když k tomu dojde, byl dosažen stav červeného obra a to je případ Betelgeuse.

Obrázek 3. Betelgeuse, červená supergiant o velikosti 800 sluncí na 130 parseců v souhvězdí Orion, ukazuje svůj hvězdný disk. (Zdroj: HST).

Ve hvězdném vývoji hmota hvězdy definuje dobu života a smrti.

Supergiant, jako je Betelgeuse, má krátkou životnost, prochází hlavní sekvencí velmi rychle, zatímco méně masivní červení trpaslíci svítí skromně miliony let.

Odhaduje se, že Betelgeuse je stará 10 milionů let a je považována za poslední fázi svého vývojového cyklu. Předpokládá se, že za zhruba 100 000 let jeho životní cyklus skončí velkou explozí supernovy.

Struktura a složení

Betelgeuse má husté jádro obklopené pláštěm a atmosférou, což je 4,5násobek průměru oběžné dráhy Země. Ale v roce 2011 bylo objeveno, že hvězda je obklopena obrovskou mlhovinou materiálu pocházejícího ze sebe.

Mlhovina obklopující Betelgeuse se rozprostírá 60 miliard kilometrů od povrchu hvězdy, což je 400krát orbitální poloměr Země.

Ve svých konečných stádiích červí obři vytlačují materiál do okolního prostoru, což je obrovské množství v relativně krátké době. Odhaduje se, že Betelgeuse vrhá ekvivalent hmoty Slunce za pouhých 10 000 let. Toto je jen okamžik ve hvězdném čase.

Níže je obrázek hvězdy a její mlhoviny získaný pomocí dalekohledu VLT umístěného v Cerro Paranal, Antofagasta, Chile společností ESO (Evropská organizace pro astronomický výzkum na jižní polokouli).

Na obrázku je centrální červený kruh správně hvězdou Betelgeuse s průměrem čtyř a půlnásobku zemské oběžné dráhy. Černý disk pak odpovídá velmi světlé oblasti, která byla maskována, aby nám umožnila vidět mlhovinu obklopující hvězdu, která, jak již bylo řečeno, sahá až 400krát nad orbitální poloměr Země.

Tento snímek byl pořízen v infračerveném rozsahu a zbarven tak, aby byly vidět různé oblasti. Modrá odpovídá nejkratším vlnovým délkám a červená nejdelším.

Obrázek 4. Malý červený kruh ve středu je hvězda Betelgeuse, černý kruh je maskováním extrémně světlé oblasti. Kolem černého kruhu můžete vidět mlhovinu složenou z materiálu vypuštěného hvězdou. (Zdroj: ESO-VLT)

Prvky přítomné v Betelgeuse

Stejně jako všechny hvězdy se Betelgeuse skládá hlavně z vodíku a hélia. Protože je však ve svých konečných fázích hvězdou, začíná uvnitř periodické tabulky syntetizovat další těžší prvky.

Pozorování mlhoviny obklopující Betelgeuse, tvořené materiálem hozeným hvězdou, ukazují na přítomnost prachu z oxidu křemičitého a oxidu hlinitého. Tento materiál tvoří většinu skalnatých planet, jako je Země.

To nám říká, že v minulosti existovaly miliony hvězd podobných Betelgeuse a poskytovaly materiál, který tvořil skalnaté planety naší sluneční soustavy, včetně Země.

Útlum Betelgeuse

V nedávné době je Betelgeuse zprávou v mezinárodním tisku, protože začátkem října 2019 se její světlo začalo značně ztmavnout, za několik měsíců.

Například pro leden 2020 se její jas snížil faktorem 2,5. Do 22. února 2020 však přestal stmívat a začal znovu získávat jas.

To se týká viditelného spektra, avšak v infračerveném spektru jeho jas zůstal v posledních 50 letech poměrně stabilní, což vede astronomy k názoru, že se nejedná o odchylku světla, jako je ta, která se vyskytuje v fáze vedoucí k výbuchu supernovy.

Naopak, jde o absorpci a rozptyl viditelného pásma elektromagnetického spektra v důsledku oblaku prachu, který samotná hvězda vypudila.

Tento oblak prachu je transparentní pro infračervené záření, ale nikoli pro viditelné spektrum. Silný oblak prachu obklopující hvězdu se zřejmě rychle od ní vzdálí, takže rameno Orionu, mytologického lovce, bude na obloze určitě déle zůstat.

Reference

1. Astronoo. Betelgeuse. Obnoveno z: astronoo.com.
2. Pasachoff, J. 2007. Kosmos: Astronomie v novém tisíciletí. Třetí edice. Thomson-Brooks / Cole.
3. Seeds, M. 2011. Základy astronomie. Sedmé vydání. Cengage Learning.
4. Otevřené okno. Vztah hmotnost-svítivost. Obnoveno z: media4.obspm.fr
5. Wikipedia. Betelgeuse. Obnoveno z: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Hvězdné sdružení Orion OB1. Obnoveno z: es.wikipedia.com