Betelgeuse – kæmpestjerne med - Horsens HF og VUC

uv.vuchorsens.dk

Betelgeuse – kæmpestjerne med - Horsens HF og VUC

Foto: Akira Fujii

36

Betelgeuse

Betelgeuse

Betelgeuse i stjernebilledet Orion

Illustration: Bernd Freytag, Uppsala

kæmpestjerne med

aktuel ASTRONOMI VINTER NR. 1/03

Betelgeuse

En række nye computerberegninger tyder på, at forklaringen på

den irregulære variation i lysudsendelsen fra superkæmpestjernen

Betelgeuse i stjernebilledet Orion måske kræver en kombination

af to fænomener: Gigantiske stofceller, der skiftevis dukker op

og forsvinder på overfladen som et led i energitransporten fra

stjernens indre. Og en karakteristisk dynamovirkning, hvor et kraftigt

magnetfelt skiftevis tiltager og aftager. I så fald bør det engang

i fremtiden blive muligt på den rødlige overflade at observere

enorme „Betelgeusepletter”, der får Solens tilsvarende pletter til

at ligne knappenålshoveder.

Udvalg af observationer

af

Betelgeuse

foretaget i tiden

1989-1997.

Betelgeuse er ét af stjernehimlens klareste

objekter. Det er en rødlig stjerne, som udgør

stjernebilledet Orions „venstre skulder“. Dens

oprindelige arabiske navn, Ibt al Jauzah, betyder

netop kæmpens skulder. Og dens røde farve

skyldes primært, at den har en forholdsvis

lav overfladetemperatur på omtrent 3.500

kelvin. Det er kun lidt over halvdelen af temperaturen

på overfladen af Solen, som er en gul

dværgstjerne.

Betelgeuses lysudsendelse er dog helt op

mod 20.000 gange højere end Solens. Det skyldes,

at vi har at gøre med en såkaldt superkæmpe.

Sammenlignet med Solens 700.000

km store radius er der tale om en virkelig

gigant på næsten en milliard km i tværmål,

svarende til ca. 700 gange Solens størrelse.

Og det er netop superkæmpens store overflade,

der forårsager den høje lysstyrke ikke

dens temperatur. Samtidig bevirker dens høje

lysstyrke, at vi her fra Jorden ser den som en

klar stjerne, selv om den faktisk langt fra

hører til de nærmeste stjerner. Dens afstand

fra Jorden er ca. 560 lysår sammenlignet

med de nærmeste stjerners 5-10 lysår.


?

dynamo

Rigel

Konvektionsbevægelser

Som andre røde kæmpestjerner er Betelgeuse

en stjerne, der i sin udvikling har forladt den

stabile, brintforbrændende del af sin tilværelse.

De fleste stjerner tilbringer det meste

af deres liv i denne fase, som (afhængig af

deres masse) kan vare fra nogle millioner til

adskillige milliarder år. Her opretholder de

deres lysudsendelse ved at fusionere brint til

helium i de centrale dele. Dette stadium har

Betelgeuse allerede gennemlevet, og den er

nu svulmet op. Transporten af energi fra centeret

til overfladen drives af såkaldte konvektionsbevægelser

hele vejen ud igennem

stjernen. I Solen er der i modsætning hertil

kun konvektion i de yderste 27 %.

Betelgeuses samlede masse vurderes til at

ligge et sted mellem 10 og 20 gange Solens.

Men på grund af dens størrelse er tyngdekraften

ved overfladen forholdsvis svag. Det

betyder samtidig, at trykket og tætheden herude

er langt mindre end ved Solens, endsige

Jordens overflade. Desuden ved vi, at Betelgeuse

er en såkaldt irregulær variabel stjerne.

Dens overflade flytter sig op og ned med ca.

Illustration: TBP / Charlotte Aaen

Konvektion

I områder, hvor meget store temperaturforskelle

hersker i stjernerne, transporteres

energien ud mod overfladen ved hjælp

af stofstrømninger dvs. ved direkte

fysisk transport af gasmasserne. Varme

gasmasser bevæger sig udad, afkølede

gasmasser falder indad i stjernen. Fænomenet

betegnes konvektion. Det står i

kontrast til fænomenet varmestråling,

der ikke kræver transport af det stof,

hvorigennem varmetransporten foregår.

I Solen hersker der konvektionsbevægelser

i de yderste lag.Stjerner med en højere

centraltemperatur end i Solen har en

central konvektionszone.

Energiproduktion

Strålingstransport Konvektion

30 40 50 60

Atmosfære

Granulationsceller på Solens overflade.

Tallene angiver målestokken i km.

Granulation

På Solens overflade observeres til

stadighed op mod en million lyse

såkaldte granulationsceller med

tværmål på 1.000-3.000 km.

Det er konvektionsceller, hvorfra

varme gasmasser stiger opad i fotosfæren,

hvorefter gassen afkøles

og falder tilbage igen i de køligere

bånd mellem cellerne. Båndene,

der udgør et stadig vekslende

netværk hen over Solens overflade,

har en typisk tykkelse på et par

hundrede km. Granulationscellernes

gennemsnitlige levetid

er 7-10 minutter.

I Solen foregår energitransporten ved ren

stråling ud til ca. 2 /3 af radius. I den yderste

tredjedel sker det ved hjælp af gasbevægelser

(konvektion).

aktuel ASTRONOMI VINTER NR. 1/03 37

Foto. G. Scharmer, Swedish Vacuum Solar Telescope.


Illustration: Bertil Dorch, AO

38

?

Betelgeuse

kæmpestjerne

med dynamo

Øjebliksbillede af

dynamomodellen.

aktuel ASTRONOMI VINTER NR. 1/03

10.000 km i timen, alt mens den slynger store

mængder af sin atmosfære ud i rummet. I

løbet af cirka 100.000 år mister stjernen en

stofmængde, der svarer til hele Solens samlede

masse!

Den lave tyngdekraft ved overfladen betyder,

at konvektionscellerne kan blive meget

større end på Solen, hvor de såkaldte granuler

typisk måler omkring 1.000 km i diameter.

Betelgeuse er størrelsen af granulationscellerne

sammenlignelig med hele stjernens

radius. Man taler derfor om „gigant-cellekonvektion“,

hvor der kun er plads til 5-10 celler

på hele stjernens overflade ad gangen.

Astrofysikeren Bernd Freytag fra Uppsalas

Universitet i Sverige har her for ganske nylig

konstrueret omfattende numeriske modeller

af Betelgeuse, hvor hele stjernen simuleres

på én gang. Disse såkaldte „star-in-a-box“modeller

antyder, at stjernens lysstyrkevariation,

der undertiden gør den lige så klar som

stjernerne Rigel i Orion og Capella i Kusken,

skyldes gigantcellerne. Netop fordi de er så

store, bidrager deres skiftende opdukken og

forsvinden fra overfladen til variationen i lyset.

Betelgeuse

Aktivitetscyklus

Nu kan man jo spørge sig selv, om der og

kunne tænkes at være andre årsager til variationen

i lysstyrke. Hvis Betelgeuse f.eks. har

et magnetfelt, vil den sandsynligvis også have

en kraftig kromosfære (et tyndt, rødt lysende

lag lige over atmosfæren, som for Solens vedkommende

kun kan ses under en total solformørkelse)

og en ydre korona. Udstrålingen

fra disse magnetiske lag vil variere, hvis stjernen

har en såkaldt aktivitetscyklus, også kaldet

en „dynamo“ en cyklus, hvori magnetfeltet

skiftevis tiltager og aftager. For Solens

vedkommende manifesterer en sådan dynamo

sig bl.a. i en karakteristisk ca. 11-årig solpletcyklus

og samtidig også i en forandring i

røntgenstrålingen fra koronaen.

Resultaterne fra den ovennævnte numeriske

model kan også bruges til at undersøge,

om Betelgeuse har en dynamo, dvs. om

gasstrømninger fra konvektionen er i stand

til at forstærke et svagt magnetfelt. Hvis det

er tilfældet, skulle man alt andet lige formode,

at stjernen er i stand til at opretholde et

stærkt magnetfelt.


Computerberegningerne viser, at dette faktisk

er tilfældet. Den magnetiske energi i stjernen

vokser eksponentielt (dvs. med en bestemt,

karakteristisk fordoblingstid), når man

til at begynde med forsyner stjernemodellen

med et svagt magnetfelt. Når magnetfeltet

med tiden bliver tilstrækkeligt stærkt, forudsiger

teorien, at den eksponentielle vækst bør

aftage. Desværre er computerberegningerne

endnu for simple til, at man kan bekræfte

det. Selv om teorien om Betelgeuses dynamo

altså langt fra endnu er færdigudviklet, så kan

man dog forudsige, at vi engang i fremtiden

bliver i stand til at observere enorme magnetiske

stjernepletter, „Betelgeusepletter“, på

denne klare stjerne.

Hvis Betelgeuses dynamo rent faktisk viser

sig at eksistere i virkeligheden, er den dog

meget forskellig fra Solens dynamo, der drives

af en kombination af konvektionsbevægelserne

og Solens rotation. Betelgeuse roterer

kun langsomt, næsten umåleligt. Solen derimod

har en rotationstid om sin egen akse et

soldøgn, om man vil der varer lidt under en

måned. Dynamoen i Betelgeuse skyldes med

andre ord udelukkende konvektionen. Og den

minder dermed mere om de mekanismer,

der i Solen danner de karakteristiske ca. 150

km små magnetiske rør mellem granulerne,

end den minder om de mekanismer, som danner

de typisk 20.000 km store solpletter. På

Betelgeuse er alting forstørret, så de „små“

magnetiske rør her kan i teorien blive større

end hele Solen!

Supernova

Teorien for stjerners udvikling forudsiger, at

Betelgeuse sandsynligvis engang i fremtiden

vil ende sine dage i en enorm supernovaeksplosion.

Det præcise tidspunkt er umuligt at

beregne, men Betelgeuse har formentlig mange

millioner år endnu. Når kæmpen Orion engang

mister sin røde skulderstjerne, vil det her fra

Jorden blive et helt fantastisk skue mange

gange kraftigere, end da Tycho Brahe observerede

sin Stella Nova i 1572. Betelgeuse er

trods sin afstand Jordens nærmeste røde superkæmpestjerne.

Af Bertil Dorch

1 sek 200 sek 400 sek 600 sek 1,46 år 1,58 år 1,71 år 1,84 år

800 sek 1.000 sek 1.200 sek 1.400 sek 1,96 år 2,09 år 2,22 år 2,34 år

1.600 sek 1.800 sek 2.000 sek 2.200 sek 2,47 år 2,60 år 2,73 år 2,85 år

2.400 sek 2.600 sek 2.800 sek 3.000 sek 2,98 år 3,11 år 3,23 år 3,36 år

3.200 sek 3.400 sek 3.600 sek 3.800 sek 3,49 år 3,61 år 3,74 år 3,87 år

4.000 sek 4.200 sek 4.400 sek 4.600 sek 3,99 år 4,12 år 4,25 år 4,37 år

Forstærkning af magnetisk energi

Illustration: TBP / Anne Marie Brammer /

Bertil Dorch, AO og Bernd Freytag, Uppsala

0 5 10

Tid i år

15 20

I beregningerne af den magnetiske aktivitet i

Betelgeuse viser det sig, at forstærkningen af

den totale magnetiske energi i løbet af 24 år

(fuldt optrukne kurve) når op på ca. 20 gange

værdien ved begyndelsen af simulationen.

Den stiplede kurve viser den gennemsnitlige

forstærkning. De lodrette linier angiver tidspunkter,

hvor det af tekniske grunde har været

nødvendigt at genstarte beregningerne.

Resultaterne af en

computermodel, som

simulerer Betelgeuses

overfladeudseende

gennem et forløb på

i alt 4,37 år.

aktuel ASTRONOMI VINTER NR. 1/03 39

Illustration: Bernd Freytag, Uppsala

100,0

10,0

1,0

0,1

More magazines by this user
Similar magazines