Záhada zhasínající hvězdy vyřešena

Záhada velkého pohasnutí Betelgeuze (Vesmír 100, 106, 2021/2)¹⁾ se zdá být více méně rozřešena. Důležitým klíčem byla pozorování povrchu hvězdy pomocí dalekohledu VLT Evropské jižní observatoře [1], ale tento dalekohled samozřejmě nebyl jediný, který Betelgeuze v minulém roce pozoroval.

Hvězda Betelgeuze, jedna z nejjasnějších hvězd na obloze (ta načervenalá v souhvězdí Orionu), mezi listopadem 2019 a březnem 2020 výrazně zmenšila svou jasnost. V minimu, které bylo v první půlce února 2020, její svítivost poklesla asi na 1/3 normálního stavu. Ačkoli je Betelgeuze proměnná hvězda, takto velký pokles nebyl zaznamenán minimálně za posledních sto let. A od prosince 2019 se astronomové přou, co za toto velké pohasnutí může.

Na přelomu června a července letošního roku se Betelgeuze věnovala speciální sekce na velké konferenci Evropské astronomické společnosti, kde byla prezentována mnohá pozorování v čele s těmi z Evropské jižní observatoře (viz obr. 1). Ta ukazují povrch (tedy fotosféru) hvězdy ve čtyřech obdobích: v lednu 2019 (dlouho před velkým pohasnutím), v prosinci 2019 (na začátku pohasínání), v lednu 2020 (v období minima) a v březnu 2020 (na konci pohasnutí).

Když nepočítáme prvotní úvahy o nadcházejícím výbuchu supernovy, astronomové uvažovali v zásadě o čtyřech hypotézách, které mohly velké pohasnutí způsobit:

1. změna velikosti hvězdy (menší povrch = menší celkový vyzařovaný výkon),
2. změna teploty fotosféry (nižší teplota = nižší celkový vyzařovaný výkon),
3. zastínění prachem, a to
   1. přechodem prachového mračna přes disk,
   2. nově vytvořeným prachem.

Snímky povrchu hvězdy z VLT okamžitě vyloučily hypotézu 3a. Pokud by prachové mračno přecházelo přes disk hvězdy, muselo by se na začátku a na konci pohasnutí promítat na jinou část hvězdy, což není pravda. Na všech třech snímcích z období pohasnutí je nejvíc zasažen pravý dolní kvadrant (astronomicky jihozápadní). Srovnání velikosti disku z ledna 2019 a února 2020 vyloučilo změnu rozměru hvězdy (hypotéza 1); úhlová velikost fotosféry je v obou případech stejná, 42 tisícin úhlové vteřiny, což v předpokládané vzdálenosti Betelgeuze²⁾ odpovídá sedmi astronomickým jednotkám (tj. sedmi vzdálenostem Země–Slunce). Průměr Betelgeuze je tedy 765krát větší než průměr Slunce.

Zbývají dvě možnosti: ochladnutí fotosféry a nově vytvořený prach. Autoři zmiňované práce [1] k řešení záhady použili numerické výpočty. Jednak zkusili na povrch Betelgeuze nasadit chladnější skvrnu, jednak testovali prachový obláček před Betelgeuze. V obou případech měnili parametry (skvrny nebo obláčku) a dívali se, jak by situace vypadala při pozorování dalekohledem VLT. Jak jste jistě bystře odhadli, vyšlo jim, že obě možnosti jsou slučitelné s pozorováním a nedá se rozhodnout, která je lepší.

1. Povrch hvězdy Betelgeuze ve čtyřech obdobích: v lednu 2019 (dávno před velkým pohasnutím), v prosinci 2019 (na počátku pohasnutí), v lednu 2020 (poblíž největšího pohasnutí) a v březnu 2020 (na konci pohasnutí). Snímky pocházejí z dalekohledu VLT Evropské jižní observatoře (přístroj SPHERE). Rozměr hvězdy (tj. její fotosféry) je asi 42 tisícin úhlové vteřiny.Snímky ESO, M. Montargès et al.

Ale stále ještě nemusíme házet flintu do žita. Existují i jiná pozorování, z jiných přístrojů, jinými metodami a v jiných spektrálních oborech. Bohužel i ta vykazují uvedenou dichotomii: některá jasně naznačují přítomnost nově vytvořeného prachu (polarimetrická měření prachové obálky [4]), jiná preferují ochladnutí fotosféry (měření toku záření v submilimetrové oblasti [5]). K velkému pohasnutí navíc došlo v období minima předpovídaného normálním chováním hvězdy (perioda změn jasnosti Betelgeuze je asi 400 dní). Správná teorie by však měla vysvětlit všechno.

Jak to tedy bylo?

Současná teorie není vlastně tak složitá, i když, jak vědí vědci všech oblastí, detaily jsou to, co se počítá.

Nějakou dobu – pár měsíců – před velkým pohasnutím Betelgeuze vyvrhla oblak horkého plynu (možná o něco větší než obvykle, ale možná ne – nelze vyloučit, že tento výron jsme pozorovali dalekohledem HST v období okolo září a října 2019 [2]). Vyvržený plyn byl ale příliš horký na to, aby se v něm začal tvořit prach. Za normálních okolností by muselo uplynout dost času, než by dostatečně vychladl, a stalo by se to daleko od Betelgeuze (o přítomnosti prachu ve větších vzdálenostech okolo Betelgeuze a jiných rudých veleobrů víme).

Okolnosti ale úplně normální nebyly. V souladu s pulzační periodou se teplota fotosféry v prosinci 2019 o něco snížila, což stačilo k tomu, aby ve vyvrženém oblaku plynu poklesla teplota a začal vznikat prach. Ten zablokoval záření z hvězdy pro další části oblaku a kvůli této postupující kaskádě vznikajícího prachu došlo k velkému pohasnutí.

Jak by mohla podotknout Blanka ze Záhady zhasínající hvězdy (Vesmír 100, 106, 2021/2): „Neříkala jsem něco takového?“ A její kolegové Amelie, Carlos a David by jí na to museli odpovědět: „Ano, ale v astronomii nestačí jenom říkat, je nutný i důkaz. Těch teď máme mnohem víc než před několika měsíci. A abychom nepropadli příliš velkému sebeuspokojení, světelná křivka Betelgeuze stále ještě vypadá v detailech trochu jinak než obvykle.“

Výsledky studií mají širší dosah než jenom vysvětlení jedné astronomicko-pozemské záhady. Jsou spojeny se způsobem, jakým rudí veleobři, a vývojově pokročilejší hvězdy obecně, ztrácejí hmotu. A to, jak a kolik hmoty tyto hvězdy ztratí, rozhoduje o jejich konečných fázích a výsledném osudu. Prach ve vesmíru, tedy jeho množství a složení, je zase důležitou komponentou pro tvorbu nových hvězd a planet. Vždyť planety – a všechno, co na nich je včetně nás – jsou tvořeny prachem z hvězd. Dalo by se říci: malý obláček pro Betelgeuze, velké znalosti pro lidstvo.