Несмотря на изменяющуюся форму и беспрецедентное затемнение, появление сверхновой в этом году, десятилетии или даже столетии маловероятно.
В течение нескольких месяцев наблюдатели за небом наслаждались видом ночного неба, совершенно незнакомого никому из живущих сегодня: небо, где Бетельгейзе, одна из 10 самых ярких звезд на небе, потускнела примерно до 25, примерно так же, как звезды в поясе Ориона. На данный момент затемнение, похоже, стабилизировалось; Бетельгейзе остается неизменной с конца января. Это самый тусклый Бетельгейзе, один из ближайших к Земле красных сверхгигантов, когда-либо появлявшихся при нашей жизни.
Всего несколько дней назад было выпущено первое изображение формы звезды с момента начала затемнения, показывающее значительные изменения формы, яркости и степени свечения с момента последнего наблюдения. Спекуляции о ближайшей судьбе Бетельгейзе, которая, как ожидается, в конечном итоге закончится вспышкой сверхновой, процветают, и все хотят знать, взорвется ли она и когда. Но ответ, вероятно, «не в ближайшее время», и астрономы знают, что это так. Вот почему.
Несмотря на то, что Бетельгейзе является красным сверхгигантом, она имеет много общего с нашим Солнцем. У них обоих есть центральная область, где происходит ядерный синтез. У них обоих есть большие радиационные зоны, где свет и энергия, генерируемые в результате термоядерных реакций в ядре, распространяются наружу, выбирая путь «случайного блуждания», чтобы попасть туда. И у них обоих есть диффузные фотосферы, где свет, пройдя к самым внешним слоям звезды, в конце концов выбрасывается во Вселенную.
Как и все звезды, Солнце и Бетельгейзе переносят энергию сложным образом, движимым крупномасштабными электрическими токами, магнитными полями, движущимися частицами и тепловой конвекцией. Наука магнитогидродинамика диктует, как все это происходит в деталях, с процессами, происходящими в ядре, в конечном итоге распространяющимися на фотосферу и влияющими на то, что мы в итоге наблюдаем.
Однако тому, что происходит в ядре, требуется очень много времени, чтобы добраться до фотосферы. Когда легкие элементы сливаются с тяжелыми в ядре звезды, вырабатывается энергия. Эти энергетические кванты сталкиваются с другими частицами внутри звезды, обмениваясь энергией и заставляя любые фотоны отскакивать в случайных направлениях. Учитывая огромное количество частиц внутри звезды и типичный размер звезды, требуется огромное количество времени, чтобы любое изменение в ядре звезды распространилось на то, что мы условно называем поверхностью звезды.
На нашем собственном Солнце эта временная шкала составляет от 100 000 до 200 000 лет: типичное количество времени, за которое энергия, вырабатываемая в реакции синтеза, достигает фотосферы. Свету, который мы видим от нашего собственного Солнца, может потребоваться немногим более 8 минут, чтобы достичь наших глаз с момента, когда он покидает фотосферу, но свету, произведенному в ядре, требуется более 100 000 лет, чтобы даже достичь фотосферы в первое место.
С такой звездой, как Бетельгейзе, которая значительно массивнее (примерно в 20 раз больше массы нашего Солнца), но и намного больше (размером с орбиту Юпитера), это все еще остается серьезной проблемой. Абсолютно верно, что внешние слои красных сверхгигантов действительно изменчивы, состоящие из ряда крупных конвективных ячеек, уходящих на значительную глубину внутрь звезды. Внутри такой звезды обмен и транспортировка энергии между различными слоями происходят сложным и запутанным образом, при этом энергии от ядра все еще требуется очень много времени для распространения к внешним слоям звезды.
Это не так плохо для звезды, как Бетельгейзе, как ~100 000 лет, которая намного ниже по плотности (и, следовательно, имеет более низкую скорость взаимодействия частиц), чем наше Солнце, но все же занимает где-то порядка тысячелетий, чтобы изменения, происходящие в его ядре, распространились на его фотосферу.
Тем не менее, мы абсолютно точно видим, что Бетельгейзе, как и все красные сверхгиганты, которые мы либо наблюдали, либо моделировали, чрезвычайно изменчивы по форме, размеру, яркости и распределению яркости. Изменения, происходящие в его самых внешних слоях, происходят в течение нескольких месяцев, а не тысяч лет. Даже бурные события, такие как выброс вещества (который, вероятно, существенно затемняет звезду), не связаны с тем, что происходит в ядре.
Что немного прискорбно, потому что все, что мы можем наблюдать, это то, что происходит в самом внешнем слое Бетельгейзе: в фотосфере. Мы также можем наблюдать за тем, что происходит за пределами этой фотосферы, где мы используем многоволновые наблюдения, чтобы найти и нанести на карту огромное количество протяженной материи, которая, несомненно, была выброшена на протяжении столетий и тысячелетий назад..
Но ничто из этого не дает никаких указаний на то, что на самом деле происходит в ядре, а это информация, которая нам действительно нужна, чтобы определить, когда Бетельгейзе, скорее всего, станет сверхновой. Мы вполне ожидаем, что внутри такого красного сверхгиганта звезда перешла к стадии, когда в ее ядре происходит синтез углерода. Однако для того, чтобы стать сверхновой, ей нужно исходить из:
- плавление углерода во внутреннем ядре,
- для плавления неона в его внутреннем ядре,
- для синтеза кислорода во внутреннем ядре,
- для плавления кремния в его внутреннем ядре.
Только когда кремний в ядре истощится, оставив «пепел» из остатков железа, никеля и кобальта (который не будет плавиться и выделять энергию в этих условиях), действительно произойдет сверхновая.
К сожалению, наше понимание звезд достаточно хорошо, чтобы мы были абсолютно уверены, что ни одно из изменений на поверхности, которые мы увидим, не указывает на то, что происходит в ядре звезды. Единственный наблюдаемый сигнал, который у нас будет, будет не визуальным, а скорее в форме нейтрино. В то время как переход между сжиганием углерода, неона, кислорода и кремния не приводит к изменению светимости или температуры звезды, спектр нейтрино изменяет как энергию на нейтрино, так и общий поток нейтрино.
Даже с Земли, находящейся примерно в 640 световых годах от Бетельгейзе, будут заметны заключительные этапы этого перехода. Во время сжигания кремния наступит этап, когда энергия, с которой производится каждое (анти-)нейтрино, будет достаточной, чтобы вызвать обратную реакцию бета-распада в наших земных детекторах, производя множество таких взаимодействий в течение последних нескольких часов. жизнь звезды.
Нейтринный сигнал, который мы получим от Бетельгейзе незадолго до того, как она станет сверхновой, насколько мы можем судить, является единственной имеющейся у нас системой раннего предупреждения с какими-либо физическими достоинствами. То, что мы наблюдаем своими глазами и в телескопы, завораживает, но это всего лишь свидетельство изменчивости сверхгигантских звезд, то, что было известно и хорошо изучено на протяжении сотен лет. В том, что происходит с Бетельгейзе, нет ничего необычного; это замечательно только потому, что Бетельгейзе так близка и так знакома.
Из всех звезд, которые мы когда-либо наблюдали, где в конечном итоге произошла сверхновая, мы еще ни разу не обнаружили корреляции между таким затемнением, как это, и сверхновой. Как бы мы ни надеялись, что такое захватывающее, редкое и близкое событие, как вспышка сверхновой, произойдет в нашей жизни, недавнее ослабление Бетельгейзе вовсе не указывает на это.
То, что мы видим сегодня, исходя из изменения яркости Бетельгейзе, согласуется с чем-то гораздо более приземленным, чем «она вот-вот станет сверхновой». Вместо этого то, что, по-видимому, происходит, является просто крупным выбросом, когда вещество из внешних слоев Бетельгейзе , “возникшее, возможно, в миллиарде километров от ядра , выбрасывается из недр звезды.
Как только этот материал выходит за пределы фотосферы, он расширяется и охлаждается, где начинает поглощать и затемнять части звездного света. Тот факт, что одна часть Бетельгейзе выглядит тусклее, чем остальная часть, указывает на то, где произошло это событие выброса. Если это действительно так, то можно с полной уверенностью ожидать, что в ближайшие месяцы яркость останется стабильной, после чего произойдет постепенное восстановление яркости до исходного состояния. К 2022 или самое позднее к 2023 году Бетельгейзе должна вернуться в десятку самых ярких звезд на небе.
Хотя маловероятно, что Бетельгейзе вот-вот взорвется, мы должны помнить, что это одновременно и возможность, и неизбежность. Когда это, наконец, произойдет, оно станет самым широко известным астрономическим событием в истории человечества, видимым для всех на Земле в течение года или более в то время, когда на Земле существует больше людей, чем когда-либо прежде. В конце концов это произойдет, но, вероятно, не раньше, чем через 100 000 лет.
Несмотря на то, что вы обязательно должны выйти на улицу и насладиться этим беспрецедентно тусклым зрелищем, поскольку яркость Бетельгейзе всего на ~36% ярче, чем год назад, вы должны помнить, что ее нынешние колебания яркости вызваны процессы только в его самых внешних слоях и не имеют ничего общего с его ядром. Бетельгейзе может стать сверхновой в любое время, но если это произойдет, ее корреляция с этим недавним событием затемнения будет чистой случайностью. То, что происходит в ядре, не достигает поверхности достаточно быстро, чтобы дать нам какие-либо реальные, значимые подсказки.