28.06.21: I ukene før jul i 2019 og ut på nyåret i 2020 sank lysstyrken til den berømte røde superkjempen Betelgeuse i stjernebildet Orion kraftigere enn noen gang tidligere observert. Mens noen spekulerte i muligheten for at Betelgeuse snart kunne eksplodere som supernova, hadde de fleste forskere mistanke om at en mørk støvsky skygget for deler av stjernens overflate. Ikke bare er denne teorien nå bekreftet, men i tillegg har man for første gang observert hvordan stjernestøv blir til!

av Knut Jørgen Røed Ødegaard

Overflaten på Betelgeuse fotografert i januar 2019 (bilde nr. 1) da stjernen hadde normalt utseende, desember 2019 (bilde nr. 2), januar 2020 (bilde nr. 3) og mars 2020 (bilde nr. 4).
Foto: ESO/M. Montargès et al.

Betelgeuse er normalt himmelens 9. mest lyssterke stjerne, men lysstyrken er variabel slik den gjerne er hos aldrende stjerner som har vokst til å bli kjemper eller superkjemper. Lysstyrkefallet som begynte før jul i 2019 var imidlertid langt kraftigere enn noe som tidligere har blitt observert – hele 74 % av lyset var i en periode borte!

Betelgeuse er en av ytterst få stjerner der overflaten kan fotograferes fra Jorden ved hjelp av spesielle metoder. Et bilde som ble tatt i desember 2019 viste at stjernens overflate var betydelig mørkere enn i januar samme år, og dette ga et hint om årsaken til det spektakulære lysstyrkefallet som alle lett kunne se med egne øyne uten bruk av kikkert.

Disse to bildene viser den spektakulære endringen av stjernens utseende i løpet av 11 måneder. Observasjonene er historiske siden det er første gang vi direkte har observert endringer på overflaten av et objekt utenfor vårt solsystem!
Foto: ESO/M. Montargès et al.

Forskerne fulgte stjernen videre gjennom "Betelgeuse’s Great Dimming" som hendelsen har blitt kjent som, og nye bilder ble tatt i henholdsvis januar og mars 2020. I april hadde stjernen gjenvunnet sin normale lysstyrke. Med disse unike bildene kunne forskerne for første gang følge med på hvordan en stjerne endret utseende i løpet av bare noen uker. Bildene er de eneste som viser at overflaten til Betelgeuse faktisk endrer lysstyrke, og stjernens sydlige halvdel ble hele 10 ganger mørkere enn normalt under denne eksepsjonelle hendelsen.

Årsaken var et støvbånd som forbigående skygget for lyset fra en stor del av stjernen. Det betyr at Betelgeuse i seg selv sendte ut like mye lys som tidligere, men at en god del av dette lyset ble absorbert av støvskyen og derfor ikke nådde frem til oss. Støvbåndet var i sin tur forårsaket av et fall i overflatetemperaturen til Betelgeuse, noe som i sin tur skyldtes et fenomen som kalles konveksjon.

Enorme gassbobler

De ytre lagene av røde superkjemper er preget av enorme gassbevegelser – såkalt konveksjon. Bobler med relativt varm gass flyter opp fra dypere lag og ses som lyse områder på overflaten, mens avkjølt gass (som er tyngre) synker og ses som mørkere områder. Tilsvarende prosesser foregår på overflaten av mange stjerner, også Solen, men på røde superkjemper som Betelgeuse kan gassboblene bli så enorme i utstrekning av de endrer utseendet på hele stjernen, noe som kan være deler av forklaringen på bildene over. Fra avstand ses dette som lyse flekker omgitt av mørke områder.

Konveksjon på Solen: De lyse flekkene er bobler av varm gass som stiger til soloverflaten, de mørkere båndene imellom er kjøligere gass som er i ferd med å synke inn i Solen. På røde superkjemper er boblene ekstremt mye større i utstrekning, og det er derfor bare plass til noen få bobler på hele stjerneskiven.
Foto: Foto: NSO/AURA/NSF

Forskerne konkluderer med at Betelgeuse må ha kastet av seg en stor gassboble en gang før Betelgeuse’s Great Dimming. Da en del av overflaten kjølnet kort etter, var temperaturfallet tilstrekkelig til at gassen i boblen kondenserte til små støvpartikler som består av fast stoff.

Kunstnerisk fremstilling av hvordan et område på Betelgeuse kjølner og medfører at en gassky utenfor kondenserer til støvpartikler.
Film: ESO/L. Calçada

Byggesteiner for livsformer

Dette er første gang dannelsen av stjernestøv er direkte observert, og forskningen gir bevis for at slikt støv kan dannes svært raskt og nær stjernens overflate. Støv blåst ut fra kjølige stjerner, slik som observert i dette tilfellet, kan utvikle seg til å bli byggesteiner for både jordlignende planeter og livsformer. Dette er derfor en formidabel oppdagelse som har grunnleggende betydning!

For å overvåke lysreduksjonen og ta bilder av overflaten til Betelgeuse, benyttet forskergruppen instrumentet Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) på ESOs VLT-teleskop og data GRAVIT-instrumentet på ESOs Very Large Telescope Interferometer (VLTI).

Betelgeuses overflate fotografert i januar 2019, før lysstyrkefallet startet.
Foto: ESO/M. Montargès et al.

Stjernens overflate fotografert i desember 2019 da lysstyrkefallet var godt i gang. En første versjon av bildet ble offentliggjort på nyåret i 2020.
Foto: ESO/M. Montargès et al.

Stjernens overflate fotografert i januar 2020 mens lysstyrkefallet var på sitt sterkeste.
Foto: ESO/M. Montargès et al.

Stjernens overflate fotografert i mars 2020 mens lysstyrken var i ferd med å øke igjen.
Foto: ESO/M. Montargès et al.

Fra støv til planeter og liv

Stjerner som starter sine liv med mellom 8 og 35 ganger mer masse enn Solen, vil i de fleste tilfeller utvikle seg til røde superkjemper (mer om hvorfor dette skjer, samt utviklingsfasene). I løpet av denne fasen som varer typisk 100 000 år, har ikke stjernen bare svært stor lysstyrke og størrelse, men også et kraftig massetap – store deler av de ytre lagene blir rett og slett blåst ut i rommet. Mekanismen som forårsaker massetapet er imidlertid fortsatt ukjent, og det er massetapet som bestemmer hvor stor masse stjernen har igjen når den til slutt dør – og om det er en nøytronstjerne eller et sort hull som blir liggende tilbake.

De enestående observasjonene av Betelgeuse viser hvordan massetapet kan skje ved at røde superkjemper kaster av seg store skyer med støv og gass i tillegg til en jevnere og kontinuerlig stjernevind. Støv og gass fra døende stjerner kan etter hvert samle seg til gigantiske skyer mellom stjernene (interstellare skyer) der tyngdekreftene sakte samler stoffet og fører til at tettheten øker. Etter mange millioner år kan slike skyer omdannes til enorme stjernefabrikker!

Bildet viser en liten del av tåken NGC 6357 som befinner seg 8000 lysår unna oss. Vi ser hydrogengass som gløder i rødt på grunn av intenst lys fra nydannede, varme stjerner (blå flekker), samt mørke områder som består av støv. Partiklene i disse støvskyene kan komme fra tidligere røde superkjemper.
Foto: ESO

I stjernebildet Orion foregår ikke bare stjernedød (Betelgeuse), men også stjernefødsler! Bildet viser Oriontåken som vi på mørke kvelder lett kan se litt under de tre stjernene som danner Orions belte. De mørke områdene i tåken er tette støvskyer, og i noen av disse blir nye stjerner dannet.
Foto: NASA, ESA, M. Robberto (Space Telescope Science Institute/ESA) and the Hubble Space Telescope Orion Treasury Project Team

Flekkene er nydannede stjerner i Oriontåken og som antas å være omgitt av såkalte protoplanetariske skiver der det oppstår fortetninger som kan bli til planeter.
Foto: C.R. O'Dell/Rice University; NASA

Slik kan støvkorn i verdensrommet se ut. Dette er et interplanetarisk støvkorn fra vårt eget solsystem.
Foto: E. K. Jessberger, T. Stephan, D. Rost, P. Arndt, M. Maetz, F. J. Stadermann, D. E. Brownlee, J. P. Bradley, G. Kurat (2001). Properties of Interplanetary Dust: Information from Collected Samples, in Grün, E., Gustafson, B.A.S., Dermott, S.F., Fechtig, H. (Eds.) Interplanetary Dust, pp. 253–294, Springer-Verlag.

NASAs Stardust-prosjekt returnerte i 2006 flere støvpartikler til Jorden som antas å være av kosmisk opphav. En av disse mikroskopiske partiklene kan ses i midten av den røde sirkelen på bildet.
Foto: UC Berkeley/Andrew Westphal .

Slik kan støv fra skyen som dannet Solsystemet ha endt opp som en karbonholdig meteoritt. Slike meteoritter er de eldste og mest «primitive» av meteorittene, og gir unik informasjon om forholdene i Solsystemets barndom, før planetene oppsto.
Foto: UC Berkeley/Andrew Westphal .

I juli 2006 falt en såkalt CO3-meteoritt ned ved Moss. Støvkornene som meteoritten er satt sammen av kan opprinnelig stamme fra supernovaer eller røde superkjemper.
Foto: Knut Jørgen Røed Ødegaard .

Familien Martinsen med meteoritten som falt ned rett ved hytta. Ragnar Martinsen (midten) så at steinen traff en bølgeblikkplate.
Foto: Privat

Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!

MER INFORMASJON

Pressemelding fra ESO

Fagartikkel i nature.com

phys.org: Mystery of Betelgeuse's dip in brightness solved

astroevents.no: Konveksjon også på varme stjerner

Wikipedia om NASA-sonden Project Stardust

nasa.gov: Pressemelding om funn av kosmiske støvpartikler

Wikipedia om Wikipedia om kosmisk støv