Beteigeuzes „Großes Verblassen“: fünf Papers …

Mit der Helligkeit des roten Schultersterns des Orion (oben: vorgestern in Rumänien aufgegangen, von Valentin Grigore) geht es schon wieder erheblich bergab (Mitte: Messungen des Satelliten STEREO-A, während er von der Erde aus zu sonnennah war, unten Photometrie in grün und visuelle Schätzungen von Anfang August 2019 bis jetzt aus der AAVSO-Datenbank) – und dabei ist der große Helligkeitseinbruch, das „Great Dimming Event“, des vergangenen Winters noch gar nicht eindeutig verstanden. Aber es gibt schon eine ganze Reihe Papers mit speziellen Beobachtungen, die verschiedene Schlaglichter auf das Phänomen (ganz unten) werfen, ohne dass sich allerdings schon ein alle Daten erklärendes Gesamtbild geformt hätte.

Spatially Resolved Ultraviolet Spectroscopy of the Great Dimming of Betelgeuse von dieser Woche: Hier sind übereinander die V-Helligkeit während des großen und des vorangegangenen ’normaleren‘ Minimums und Messungen der Radialgeschwindigkeit der Photosphäre in km/s mit dem Teleskop STELLA auf Teneriffa (minus 21.9) aufgetragen – bis Herbst 2019 blähte sich der Stern demnach auf, und Photosphärengas bewegte sich Richtung Erde, dann zog er sich zusammen, während die Helligkeit in den Keller ging, und im April begann er wieder zu wachsen. Das ist alles im Prinzip „normal“, die seit Jahrzehnten präsente etwa 420-tägige Periodizität in der Helligkeit wurde schon länger einer ziemlich simplen radialen Pulsation zugeschrieben. Allerdings wurde Beteigeuze – Mitte Februar – finsterer denn je, mit 1.6 mag.(V) über eine Größenklasse schwächer als die ‚typischen‘ 0.42 mag. Interessant sind nun räumlich aufgelöste UV-Spektren mit dem Instrument STIS auf dem Hubble Space Telescope, deren Aufnahmezeitpunkte die roten Linien markieren.

Hier sieht man die Veränderungen der Magnesium-II-Linien (Fluss gegen Ångström) im südöstlichen Teil des Beteigeuze-Scheibchen mit der Zeit: im Oktober 2019 viel stärker als Anfang 2019 oder auch während des Great Dimmings. Da diese Linien Auskunft über die Chromosphäre des Sterns geben, muss diese vor dem Dimming in dieser Region deutlich heißer geworden sein. Dasselbe gilt für die Photosphäre darunter, denn auch das UV-Kontinuum wurde dort während dieser Phase deutlich heller: Die Temperatur stieg von 5000 auf etwa 5600 Kelvin. Und danach war die Elektronendichte erhöht, was Messungen an Kohlenstoff-II-Linen zeigen.

Aus diesen Beobachtungen wird folgendes Szenario entwickelt (das diese künstlerische Darstellung ‚von der Seite‘ zeigt): Von September bis November 2019 entstand, während der Stern noch expandierte, in der oberen Photosphäre und unteren Chromosphäre seiner Südhemisphäre eine helle, heiße und dichte Struktur, die sich nach außen bewegte. Solche Objekte wurden schon früher im Zusammenhang mit den ausgeprägten Konvektionsbewegungen des Riesensterns beobachtetet – und diesmal fiel die Entstehung mit der Expansionsphase des ganzen Sterns zusammen, wodurch der Effekt ungewöhnlich stark ausfiel. Das ausgeworfene Material kühlte sich dann ab, und es kondensierte eine Menge Staub über dem südlichen Teil Beteigeuzes: Der sorgte für den Absturz der visuellen Lichtkurve und könnte die Verdunklung nur des halben Sterns auf den berühmten Aufnahmen des SPHERE-Instruments am VLT erklären (die übrigens weiterhin lediglich über den Press Release publiziert sind).

Differential Speckle Polarimetry of Betelgeuse in 2019-2020: the rise is different from the fall kann ebenfalls mit räumlich aufgelösten Bildern aufwarten, oben ein Auszug und hier eine Animation: sie entstanden mit dem SPeckle Polarimeter (SPP) am 2.5-m-Teleskop des Caucasian Mountain Observatory vom SAI MSU und zeigen die Staubumgebung des Sterns etwa einen Beteigeuze-Radius über seiner Photosphäre in polarisiertem Licht. Die kommenden und gehenden Strukturen hängen wohl mit den großen Konvektionszellen von Beteigeuze zusammen, über denen sich Staubwolken bilden. Der polarisierte Gesamtfluss war noch bis Mitte Februar konstant, dann verdoppelte er sich: Die Staubwolke dürfte mehr Licht gestreut haben, als sich sich ausdünnte, während sie sich vom Stern entfernte, der dann dadurch wieder heller wurde.

Betelgeuse fainter in the sub-millimetre too: an analysis of JCMT and APEX monitoring during the recent optical minimum meldet dagegen starke Zweifel an, dass Staub überhaupt eine Rolle bei der Verdunklung von Beteigeuze gespielt hat: Messungen mit den Submillimeter-Teleskopen JCMT (grün: 450 µm, rot: 850 µm) und APEX (lila: 870 µm) zeigen nämlich, dass es auch bei diesen langen Wellen während der optischen Finsternis (blau) um etwa 20% bergab ging – und wenn letztere von Staub in der Sichtlinie verursacht worden wäre, hätte die Sub-mm-Helligkeit nicht betroffen sein sollen. Die Radioastronomen tippen daher auf Veränderungen der Photosphäre selbst als Ursache für den Helligkeitsabfall, sei es eine globale Temperaturabnahme um 200 Kelvin oder das Auftreten großer um 400 Kelvin kühlerer Sternflecken auf der halben Sternscheibe.

Betelgeuse Just Isn’t That Cool: Effective Temperature Alone Cannot Explain the Recent Dimming of Betelgeuse hatte sich dagegen noch während des Great Dimmings klar für Staubbildung als Ursache ausgesprochen: Die Titanoxid-Emissions-Linien im (hier normalisierten und Kontinuums-bereinigten) Spektrum, ein empfindlicher Anzeiger für die Sterntemperatur, hatten sich 2020 gegenüber dem Normalzustand so gut wie gar nicht verändert, die Temperatur war nur um 50±50 Kelvin niedriger – und grauer Staub damit die wahrscheinlichste Erklärung.

SOFIA-EXES Observations of Betelgeuse during the Great Dimming of 2019/2020 schließlich zeigten kaum Veränderungen an infraroten Linien zwischen dem hellen Zustand Beteigeuzes (Cycles 2 und 5) und während des Great Dimmings (Cycle 7), hier an der [Eisen-II]-Linie bei 26 µm. Das sind auch schon alle bisher erschienenen Papers mit konkreten Beobachtungen des Dimmings (sonst gab es noch Betelgeuse – A Century and more of Variation, ALMA and VLA reveal the lukewarm chromospheres of the nearby red supergiants Antares and Betelgeuse und Early Warning Signals Indicate a Critical Transition in Betelgeuse): Ein eindeutiges Bild zeichnen sie nicht, und wesentliche Schlüsse (dass es Staub war in den Papers 1, 2 und 4 bzw. dass es die Photosphäre war in Paper 3) folgen nicht direkt aus den Beobachtungen. Aber da kommt sicher noch mehr, und insbesondere SPHERE könnte einiges zu bieten haben: zum Paper 1 noch Press Releases hier, hier, hier, hier und hier, zum Paper 3 eine Pressemitteilung, ein Thread und die Ablehnung der Folgerungen durch einen Autor von Paper 4, zum Antares-Paper ein Press Release und Artikel vom 14. August (mehr, mehr und mehr), 13. August (mehr), 10. August, 29. Juni, 28. Juni, 28. April, 27. April, 18. April, 15. April und 11. April.

NACHTRAG: Die „Streifzüge durch das Universum“ Nr. 25 sind quasi die Verfilmung dieser Seite – auch ein Thread zur Frage, ob der neuerliche Abfall nun „unerwartet“ gekommen sei oder halt typisch Beteigeuze ist (der nunmal „halb-periodisch“ und nicht streng periodisch mit 400 Tagen oder so pulsiert) und weitere Artikel hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier und hier sowie einer über die Rückkehr Orions an den Himmel, kurioserweise ohne jede Erwähnung des neuerlichen Einbruchs.

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