Bề mặt Betelgeuse có thể không lạnh mà chỉ là bụi

Cuối năm ngoái, tin tức đã phá vỡ rằng ngôi sao Betelgeuse đang mờ dần đáng kể cuối cùng giảm xuống khoảng 40% độ sáng thông thường của nó. Hoạt động này đã thúc đẩy sự suy đoán phổ biến rằng siêu sao đỏ sẽ sớm phát nổ như một siêu tân tinh khổng lồ.

Nhưng các nhà thiên văn học có nhiều lý thuyết lành tính hơn để giải thích hành vi mờ nhạt của ngôi sao. Và các nhà khoa học tại Đại học Washington và Đài thiên văn Lowell tin rằng họ đã hỗ trợ cho một trong số họ: Betelgeuse không bị mờ đi vì nó sắp nổ tung – nó chỉ là bụi bặm.

Trong một bài báo được chấp nhận cho Tạp chí Vật lý thiên văn và xuất bản trên trang in lại arXiv, Emily Levesque, phó giáo sư thiên văn học của UW, và Philip Massey, một nhà thiên văn học của Đài thiên văn Lowell báo cáo rằng các quan sát về Betelgeuse được chụp vào ngày 14 tháng 2 tại Flagstaff, Arizona , đài quan sát cho phép họ tính toán nhiệt độ bề mặt trung bình của ngôi sao. Họ phát hiện ra rằng Betelgeuse ấm hơn đáng kể so với dự kiến ​​nếu sự mờ đi gần đây là do sự làm mát bề mặt của ngôi sao.

Các tính toán mới hỗ trợ cho lý thuyết rằng Betelgeuse – vì nhiều ngôi sao siêu sao đỏ dễ bị làm – có khả năng đã loại bỏ một số vật liệu từ các lớp bên ngoài của nó.

“Chúng tôi thấy điều này mọi lúc trong các siêu sao đỏ và đó là một phần bình thường trong vòng đời của chúng”, Levesque nói. “Các siêu sao đỏ đôi khi sẽ làm rơi vật chất khỏi bề mặt của chúng, chúng sẽ ngưng tụ xung quanh ngôi sao dưới dạng bụi. Khi nó nguội đi và tan đi, các hạt bụi sẽ hấp thụ một phần ánh sáng hướng về phía chúng ta và chặn tầm nhìn của chúng ta.”

Điều đó vẫn đúng: Các nhà thiên văn học kỳ vọng Betelgeuse sẽ phát nổ như một siêu tân tinh trong vòng 100.000 năm tới khi lõi của nó sụp đổ. Nhưng sự mờ dần của ngôi sao bắt đầu vào tháng 10 không nhất thiết là dấu hiệu của một siêu tân tinh sắp xảy ra, theo Massey.

Một giả thuyết cho rằng bụi mới hình thành đang hấp thụ một phần ánh sáng của Betelgeuse. Một người khác cho rằng các tế bào đối lưu khổng lồ trong Betelgeuse đã kéo vật liệu nóng lên trên bề mặt của nó, nơi nó được làm lạnh trước khi rơi trở lại vào bên trong.

Một cách đơn giản để phân biệt giữa các khả năng này là xác định nhiệt độ bề mặt hiệu quả của Betelgeuse.

Đo nhiệt độ của một ngôi sao không phải là nhiệm vụ đơn giản. Các nhà khoa học không thể chỉ một nhiệt kế vào một ngôi sao và đọc được. Nhưng bằng cách nhìn vào quang phổ ánh sáng phát ra từ một ngôi sao, các nhà thiên văn học có thể tính được nhiệt độ của nó.

“Emily và tôi đã liên lạc với Betelgeuse và cả hai chúng tôi đều đồng ý rằng điều rõ ràng cần làm là có được một quang phổ,” Massey nói. “Tôi đã có thời gian quan sát theo lịch trình trên Kính thiên văn Lowell Discovery dài 4,3 mét và tôi biết nếu tôi chơi xung quanh một chút tôi sẽ có thể có được quang phổ tốt mặc dù Betelgeuse vẫn là một trong những ngôi sao sáng nhất trên bầu trời.”

Ánh sáng từ các ngôi sao sáng thường quá mạnh đối với phổ chi tiết nhưng Massey đã sử dụng bộ lọc có hiệu quả “làm ẩm” tín hiệu để chúng có thể khai thác phổ cho một chữ ký cụ thể: độ hấp thụ ánh sáng của các phân tử oxit titan.

Theo Levesque, Titan oxit có thể hình thành và tích tụ ở các lớp trên của các ngôi sao lớn, tương đối mát mẻ như Betelgeuse. Nó hấp thụ các bước sóng ánh sáng nhất định, để lại “muỗng” trong quang phổ của các siêu sao đỏ mà nhà khoa học có thể sử dụng để xác định nhiệt độ bề mặt của ngôi sao.

Theo tính toán của họ, nhiệt độ bề mặt trung bình của Betelgeuse vào ngày 14 tháng 2 là khoảng 3.325 độ C, hay 6.017 F. Điều đó chỉ mát hơn nhiệt độ 50-100 độ C so với nhiệt độ mà một đội – bao gồm Massey và Levesque – đã tính bằng nhiệt độ bề mặt của Betelgeuse vào năm 2004, nhiều năm trước khi sự giảm bớt kịch tính của nó bắt đầu.

Những phát hiện này khiến người ta nghi ngờ rằng Betelgeuse đang mờ đi vì một trong những tế bào đối lưu khổng lồ của ngôi sao đã mang khí nóng từ bên trong lên bề mặt, nơi nó được làm mát. Nhiều ngôi sao có những tế bào đối lưu này bao gồm cả mặt trời của chúng ta. Chúng giống bề mặt của một nồi nước sôi. Nhưng trong khi các tế bào đối lưu trên mặt trời của chúng ta rất nhiều và tương đối nhỏ – gần bằng kích thước của Texas hoặc Mexico – các siêu sao đỏ như Betelgeuse, lớn hơn, mát hơn và có lực hấp dẫn yếu hơn, chỉ có ba hoặc bốn tế bào đối lưu khổng lồ trải dài phần lớn bề mặt của chúng.

Nếu một trong những tế bào khổng lồ này nổi lên bề mặt của Betelgeuse, Levesque và Massey sẽ đăng ký giảm nhiệt độ đáng kể so với những gì họ thấy trong giai đoạn 2004-2015.

“Một so sánh với phổ 2004 của chúng tôi cho thấy ngay lập tức rằng nhiệt độ đã không thay đổi đáng kể”, Massey nói. “Chúng tôi biết câu trả lời phải là bụi.”

Các nhà thiên văn học đã quan sát các đám mây bụi xung quanh các siêu sao đỏ khác và các quan sát bổ sung có thể cho thấy sự lộn xộn tương tự xung quanh Betelgeuse.

Trong vài tuần qua, Betelgeuse đã thực sự bắt đầu sáng trở lại dù chỉ một chút. Ngay cả khi sự mờ đi gần đây không phải là dấu hiệu cho thấy ngôi sao sẽ sớm nổ tung với Levesque và Massey, đó không phải là lý do để ngừng tìm kiếm.

Siêu sao đỏ là những ngôi sao rất năng động. Chúng ta càng có thể tìm hiểu về hành vi bình thường của chúng – biến động nhiệt độ, bụi, tế bào đối lưu – chúng ta càng có thể hiểu chúng tốt hơn và nhận ra khi điều gì đó thực sự độc đáo như siêu tân tinh có thể xảy ra.

Nghiên cứu được tài trợ bởi các khoản tài trợ cho Đài thiên văn Lowell, Tập đoàn Nghiên cứu vì sự tiến bộ khoa học và Quỹ khoa học quốc gia.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Washington . Bản gốc được viết bởi James Urton. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Emily M. Levesque, Philip Massey. Betelgeuse chỉ là không tuyệt vời: Nhiệt độ hiệu quả Một mình không thể giải thích sự giảm bớt gần đây của Betelgeuse . nộp cho arXiv , 2020 [ link ]