Бетельгейзе, знаменитый красный сверхгигант в созвездии Ориона, в последнее время привлекает внимание странными колебаниями своей яркости. Астрономы предположили, что это может свидетельствовать не только о скором взрыве, но и о необычно высокой для ее размеров скорости вращения. Однако новое исследование предполагает, что эта скорость — оптическая иллюзия, вызванная бурными конвективными движениями на ее поверхности, которые невозможно обнаружить даже с помощью самых современных телескопов.
Диаметр Бетельгейзе составляет более миллиарда километров (в 1000 раз больше Солнца), и это одна из крупнейших звезд, известных на сегодняшний день. Если бы она находилась на месте Солнца, то поглотила бы Землю, а ее атмосфера простиралась бы до орбиты Юпитера. Теоретически скорость вращения звезд должна уменьшаться по мере их эволюции и роста. Это происходит потому, что их внешние слои обычно расширяются на один-два порядка и замедляются из-за сохранения углового момента.
По оценкам, скорость вращения поверхности должна составлять менее 1 км/с для красных гигантов и менее 0,1 км/с для красных сверхгигантов. Однако недавние наблюдения показали, что несколько сотен красных гигантов (около 1 % от общей популяции) превышают теоретический предел скорости. Что касается красных сверхгигантов, то пока известно, что только Бетельгейзе регистрирует скорости до 5 км/с, что более чем на два порядка превышает теоретический предел.
Необычно высокая скорость вращения?
Самые точные данные для измерения скорости вращения Бетельгейзе получены с помощью мощной сети телескопов Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Будучи одним из ближайших к Земле красных сверхгигантов, Бетельгейзе уже более века является излюбленным объектом для интерферометрических исследований (измерений, основанных на интерференции волн).
Используя эту технику, исследователи обнаружили дипольную радиальную скорость во внешнем слое Бетельгейзе. В то время как половина видимого полушария звезды демонстрирует синее смещение, другая половина показывает красное смещение на несколько километров в секунду. С точки зрения наблюдателя это явление означает, что первая половина звезды движется к нам, а вторая — удаляется.
Был сделан вывод, что эта дипольная скорость обусловлена быстрым вращением звезды. Наблюдения Хаббла, похоже, согласуются с этой гипотезой. Однако такая интерпретация справедлива только для относительно стабильных звезд, которые могут сохранять почти сферическую морфологию. Однако Бетельгейзе далеко не стабильна и не однородна, особенно на стадии красного сверхгиганта.
Поверхность Бетельгейзе характеризуется бурными конвекционными процессами. Хотя такое же явление можно наблюдать и на поверхности Солнца, «конвекционные пузыри» Бетельгейзе настолько объемны, что простираются на расстояние, эквивалентное расстоянию между Землей и Солнцем. Они расширяются и охлаждаются со скоростью до 30 км/с, что намного быстрее, чем у любого когда-либо построенного пилотируемого космического корабля.
В своем новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, де Минк и его команда предлагают альтернативное объяснение видимой скорости вращения Бетельгейзе. Они предполагают, что сильные конвекционные движения на ее поверхности можно спутать с ее вращением из-за ограничения разрешения телескопа ALMA. Другими словами, эти конвективные движения будут размыты в реальных наблюдениях, что приведет к появлению дипольной карты скоростей.
Явление, не обнаруживаемое телескопами
Команда де Минка разработала новый набор для обработки данных, чтобы создать трехмерные модели на основе данных ALMA. Они создали модели красных сверхгигантов, похожих на Бетельгейзе (то есть с мощными конвективными движениями) и не имеющих вращения.
Прямое сравнение компьютерного моделирования невращающегося красного сверхгиганта с ALMA-наблюдениями Бетельгейзе. В верхней строке показаны карты интенсивности, в нижней — карты лучевых скоростей. В левой колонке показана звезда, смоделированная с полным разрешением; в средней колонке — наблюдения, смоделированные с уменьшенным разрешением. В правом столбце показаны реальные наблюдения ALMA.
Моделирование показало, что огромные конвективные ячейки поочередно поднимаются с одной стороны звезды, в то время как другие ячейки разрушаются на противоположной стороне — скорее, как гигантские кипящие сферы. Однако телескоп не смог идентифицировать эти движения как конвективные явления, интерпретировав их скорее как вращательные движения. В 90% случаев звезды вращались со скоростью несколько километров в секунду.
Однако для того, чтобы подтвердить, что скорость вращения Бетельгейзе действительно выше обычной, необходимы более глубокие наблюдения и анализы. Если эта скорость действительно высока, специалисты считают, что звезда могла поглотить меньшую. С другой стороны, если это не так, то это откроет новую парадигму для интерпретации данных наблюдений за звездами.
В настоящее время проводится анализ последних данных высокого разрешения, чтобы определить точную скорость вращения Бетельгейзе. Более того, «мы еще многого не понимаем о гигантских кипящих звездах, таких как Бетельгейзе«, — говорит Андреа Чиавасса, астроном из CNRS и соавтор исследования. Команда надеется, что будущие наблюдения позволят получить больше информации по этому вопросу.
Видео, демонстрирующее моделирование кипящей поверхности Бетельгейзе:
