Eric Betz
Jak Supernowa (SN) Betelgeza
będzie wyglądała z Ziemi? Astronomowie symulują to, co ludzie zobaczą z Ziemi,
kiedy gwiazda Betelgeuse (α Oriona) eksploduje jako Supernowa w ciągu
następnych 100.000 lat.
Jeśli patrzysz na gwiazdy w
pogodną zimową noc, trudno przeoczyć konstelację Oriona Łowcy, z tarczą na
jednym ramieniu, a drugim ramieniem wyciągniętym wysoko ku niebu. Jasna
czerwona kropka zwana Betelgezą oznacza ramię Oriona, a dziwne przyciemnienie tej
gwiazdy urzeka obserwatorów nieba od tysięcy lat. Aborygeni Australijczycy
mogli nawet uwzględnić to w swoich przekazach ustnych.
Dziś astronomowie wiedzą, że
Betelgeza ma różną jasność, ponieważ jest umierającym czerwonym nadolbrzymem o
średnicy około 700 razy większej od naszego Słońca. Któregoś dnia gwiazda
eksploduje jako supernowa i zapewni ludzkości niebiański pokaz, zanim zniknie
na zawsze z naszego nocnego nieba.
Ta ewentualna eksplozja wyjaśnia,
dlaczego astronomowie byli podekscytowani, gdy w 2019 roku Betelgeza zaczęła
dramatycznie słabnąć. 11. najjaśniejsza gwiazda straciła jasność
dwuipółkrotnie. Czy Betelgeza mogła dożyć kresu swojego życia? Choć mało
prawdopodobny, pomysł pojawienia się supernowej na ziemskim niebie przykuł
uwagę opinii publicznej.
Astronomowie wykorzystali program
o nazwie MESA+STELLA do symulacji tego, co ludzie mogą zobaczyć podczas
eksplozji gwiazdy Betelgeuse. Obejmowały także obserwacje zebrane podczas
Supernowej 1987A, która eksplodowała w Wielkim Obłoku Magellana. (Źródło: Jared
Goldberg/Uniwersytet Kalifornijski, Santa Barbara/MESA+STELLA)
Supernowa
widziana z Ziemi
Przy wszystkich spekulacjach na
temat tego, jak SN Betelgeza będzie wyglądać z Ziemi, Uniwersytetu
Kalifornijskiego w Santa Barbara, astronom Andy
Howell znudził się obliczeniami od tyłu koperty. Postawił problem dwóm
absolwentom UCSB, Jaredowi Goldbergowi
i Evanowi Bauerowi, którzy stworzyli
bardziej precyzyjne symulacje dni umierania gwiazdy.
Astronomowie twierdzą, że nadal
nie ma pewności co do przebiegu supernowej, ale byli w stanie zwiększyć ich
dokładność, korzystając z obserwacji przeprowadzonych podczas SN 1987A,
najbliższej znanej gwiazdy, która eksplodowała od stuleci.
Życie na Ziemi pozostanie
nienaruszone. Nie oznacza to jednak, że pozostanie to niezauważone. Goldberg i
Bauer odkryli, że kiedy Betelgeza eksploduje, będzie świecić tak jasno jak
półksiężyc – dziewięć razy słabiej niż księżyc w pełni – przez ponad trzy miesiące.
- Cała ta jasność skupiłaby się w jednym punkcie – mówi Howell. - Byłaby
więc to niezwykle intensywna latarnia na niebie, która rzucała cienie w nocy i
którą można było zobaczyć w ciągu dnia. Wszyscy na całym świecie byliby tym
ciekawi, bo byłoby to nieuniknione.
Mówi się, że ludzie będą mogli
widzieć supernową na dziennym niebie przez mniej więcej rok. I będzie widoczna
gołym okiem w nocy przez kilka lat, gdy słabnie następstwo supernowej.
- Zanim całkowicie zniknie, Orionowi zabraknie już lewego ramienia –
dodaje Sarafina Nance, absolwentka
Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, która opublikowała kilka badań na
temat Betelgezy.
Show
Betelgizy
Nie ma potrzeby martwić się
gwiezdną eksplozją. Supernowa musi wydarzyć się bardzo blisko Ziemi, aby
promieniowanie mogło zaszkodzić życiu – według niektórych szacunków może to objąć
nawet kilkadziesiąt lat świetlnych. Betelgeza znajduje się daleko poza tym zasięgiem,
a ostatnie badania sugerują, że znajduje się w odległości około 724 lat
świetlnych, daleko poza strefą zagrożenia.
Ale supernowa może nadal
oddziaływać na Ziemię w zaskakujący sposób. Howell zwraca na przykład uwagę, że
wiele zwierząt wykorzystuje księżyc do nawigacji i myli je sztuczne
oświetlenie. Dodanie drugiego obiektu tak jasnego jak księżyc może być
destrukcyjne. Niepokojona byłaby nie tylko przyroda; jak na ironię, sami
astronomowie mieliby trudności.
- Obserwacje astronomiczne są już trudne, gdy księżyc jest jasny –
mówi Howell. - Przez jakiś czas nie
będzie „ciemnego czasu.
Nawet studiowanie Betelgezy
byłoby wyjątkowym wyzwaniem. Jasne światło przyćmiewało ich instrumenty.
- Nie mogliśmy tego zaobserwować za pomocą większości teleskopów
naziemnych ani większości teleskopów kosmicznych, takich jak Swift czy Kosmiczny Teleskop Hubble’a – dodaje. - Zamiast tego musieliby zmodyfikować swoje teleskopy, aby zbierały
znacznie mniej światła.
Uchwycić umierającą
gwiazdę
Ale dla naukowców Betelgeza nie
musi eksplodować, aby była interesująca. Jest duża i jasna, dzięki czemu
stosunkowo łatwo się ją obserwuje i bada.
- To fascynujące z punktu widzenia astronoma, ponieważ możemy dość blisko
badać gwiazdę, która zbliża się do końca swojego życia – mówi Nance. - W wewnętrznej strukturze Betelgezy
zachodzi fascynująca fizyka.
Ich najlepsze przypuszczenia na
temat tego, co się obecnie dzieje, opierają się na tym, co astronomowie już
wiedzą o gwieździe i innych jej podobnych. Jak wyjaśnia Nance, badania te
pokazują, że jasność Betelgezy może się zmieniać z wielu powodów. Niektórzy
astronomowie podejrzewają nawet, że jednocześnie działa kilka różnych
mechanizmów przyciemniania.
Gdy pod koniec ich życia kończy
się paliwo jądrowe, czerwone nadolbrzymy zaczynają wzdymać się i tworzyć
rosnące otoczki gazu i pyłu. W miarę jak ta otoczka się powiększa, wzrasta
jasność gwiazdy. Ale to nie jedyny sposób, w jaki gwiazda taka jak Betelgeza
może przyciemniać i rozjaśniać. Czerwone nadolbrzymy również mają na swojej
powierzchni ogromne komórki konwekcyjne – podobne do znacznie większych wersji
komórek znajdujących się na Słońcu – gdzie turbulencje powodują unoszenie się
gorącej materii z wnętrza gwiazdy. Po dotarciu na powierzchnię część tej
materii gwałtownie wybucha w przestrzeń kosmiczną niczym gigantyczne,
radioaktywne beknięcie, które może chwilowo zmienić jej jasność.
A przyciemnienie Betelgezy może
nawet świadczyć o zbliżającej się eksplozji. Kiedy materia wypływa z
powierzchni umierającej gwiazdy, zwykle zderza się, przez co świeci jaśniej.
Nance twierdzi jednak, że możliwe jest, że materia ta zamiast tego osłania gwiazdę,
powodując jej słabnięcie.
Jakakolwiek jest pierwotna
przyczyna, dziwne zachowanie powinno ostatecznie dostarczyć nowego wglądu w dni
umierania czerwonych nadolbrzymów. A ludzkość będzie miała miejsce w pierwszym
rzędzie.
- Betelgeza zapewnia astronomom doskonałe warunki do badania ostatnich
etapów spalania jądrowego przed eksplozją – mówi Nance.
Moje
3 grosze
Chciałbym dożyć dnia śmierci Betelgezy
i zobaczyć jej eksplozję, a potem ekspandującą mgławicę poeksplozyjną. To byłyby
naprawdę wspaniałe, gwiezdne fajerwerki, jak nazywają je Amerykanie.
Ale to nie wszystko, bo w naszym
otoczeniu gwiezdnym znajduje się jeszcze jedna gwiazda, która może eksplodować
jako Supernowa – jest to odległy o 7500 ly (z dokładnością do 250 ly) błękitny
superolbrzym – eta Carinae – w skrócie η-Car (konstelacja
Kilu) niewidoczna na naszej półkuli, jedna z największych, najmasywniejszych i
najjaśniejszych gwiazd w naszej Galaktyce. Głównym składnikiem tego układu jest
gigantyczna (100–150 razy masywniejsza od Słońca) jasna niebieska gwiazda
zmienna. Gwiazda ta jest bardzo niestabilna i w każdej chwili może eksplodować
jako supernowa lub nawet hipernowa (typ supernowej zdolny wyemitować błysk
gamma). Znajduje się wewnątrz wielkiej jasnej mgławicy, znanej jako Mgławica
Carina, „Dziurka od Klucza” lub NGC 3372. Drugim składnikiem układu jest
masywna (~30 M☉) gwiazda typu
widmowego O lub gwiazda Wolfa-Rayeta, a okres orbitalny układu wynosi 5,54 roku. Gdy reakcje termojądrowe wewnątrz gwiazdy
ustaną, co wedle wszelkiego prawdopodobieństwa nastąpi w ciągu najbliższych
kilkudziesięciu tysięcy lat, Eta Carinae zginie podczas gigantycznego wybuchu
supernowej lub hipernowej, stając się gwiazdą neutronową, bądź – co przy tak
dużej masie bardzo możliwe – czarną dziurą.
Drugą gwiazdą grożącą wybuchem
Supernowej jest WR 104 w konstelacji Strzelca, odległa o 8000 ly. Niebezpieczeństwo
zaś polega na tym iż obserwacje optyczne wskazywały, że oś rotacyjna układu
skierowana jest w przybliżeniu w kierunku Ziemi. Może to mieć znaczenie, jeżeli
WR 104 zamieni się w supernową (lub nawet hipernową) – eksplozje tego typu
często są ukierunkowane właśnie w kierunku osi rotacyjnej. Możliwe jest także,
że w momencie wybuchu gwiazdy powstanie rozbłysk gamma, tzw. dżet, który mógłby
spowodować zniszczenie ziemskiej powłoki ozonowej i w konsekwencji całkowite
lub znaczne zniszczenie życia na Ziemi. Według niektórych naukowców właśnie
tego rodzaju rozbłysk gamma spowodował tzw. Wielkie Wymieranie Ordowickie,
które miało miejsce 445 milionów lat temu, pod koniec Ordowiku i na początku
Syluru – tzw. Wymieranie O/S. Wymarło wtedy około 85% ówczesnych gatunków. Ostatnie
badania spektroskopowe wskazują jednak, że oś obrotu układu WR 104 jest
nachylona pod kątem 30°-40° do kierunku do Ziemi.
Przekład z angielskiego - ©R.K.F. Sas - Leśniakiewicz
