Schnappschüsse aus einer Simulation von Betelgeuse, die zeigen, wie die Konvektion seine Oberfläche dominiert (rechts). Blaue Flecken zeigen Regionen von Betelgeuse, die sich von der Erde wegbewegen, rote Regionen sind Bereiche, die sich auf die Erde zubewegen.(Bildnachweis: MPA/Ma, Jing-Ze et al)
Neue Beobachtungen von Beteigeuze, einem Stern im Sternbild Orion, haben ein Geheimnis um den roten Überriesen gelüftet. Sie deuten darauf hin, dass er sich viel schneller dreht, als es für einen Stern seiner Größe möglich sein sollte.
Jetzt hat ein Team des Max-Planck-Instituts für Astrophysik unter der Leitung des Doktoranden Jing-Ze Ma möglicherweise eine Erklärung dafür, warum sich Betelgeuse so extrem schnell zu drehen scheint. Vielleicht, so die Forscher, handelt es sich um eine Illusion, die durch die heftig kochende Oberfläche des Sterns entsteht.
Ma und Kollegen glauben, dass die blubbernde Oberfläche des Sterns fälschlicherweise für eine Rotation gehalten werden könnte – selbst von den modernsten Teleskopen. Dieser Fehler könnte dazu führen, dass Beobachter glauben, Betelgeuse, der 500 bis 600 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, drehe sich schneller, als es bei einem Stern dieser Größe möglich sein sollte.
„Für die meisten Menschen sind Sterne nur leuchtende Punkte am Himmel. Unsere Ergebnisse zeigen erneut, dass Sterne wie Beteigeuze so drastische Siedebewegungen auf der Oberfläche haben, dass wir diese Bewegungen in den Teleskopen in Aktion sehen können“, sagte Ma gegenüber kosmischeweiten.de „Als Theoretiker sind wir sehr aufgeregt, dass wir tatsächlich Vorhersagen aus unseren Simulationen machen können, die in den kommenden Jahren anhand von Beobachtungen getestet werden.“
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Betelgeuse ist ein berüchtigter roter Überriese, der vor kurzem für Schlagzeilen sorgte, als seine Verdunkelung Wissenschaftler zu der Vermutung veranlasste, dass er kurz vor einer Explosion stehen könnte.
„Die meisten Sterne sind nur winzige Lichtpunkte am Nachthimmel. Beteigeuze ist so unglaublich groß und nah, dass wir mit den besten Teleskopen seine kochende Oberfläche beobachten und untersuchen können“, sagte Selma de Mink, Mitautorin der Studie und Direktorin am Max-Planck-Institut für Astrophysik, in einer Erklärung. „Es fühlt sich immer noch ein bisschen wie in einem Science-Fiction-Film an, als ob wir dorthin gereist wären, um es aus der Nähe zu sehen. Und die Ergebnisse sind so aufregend.“
Betelgeuse, Betelgeuse, Betelgeuse!
Betelgeuse ist einer der hellsten Sterne in der nördlichen Hemisphäre über der Erde, was bedeutet, dass er gut studiert werden kann – aber, wie Beobachtungen seiner Verdunkelung zeigen, bedeutet das nicht, dass er nicht zu Überraschungen fähig ist.
Mit einem Durchmesser von mehr als 620 Millionen Meilen (1 Milliarde Kilometer) ist Betelgeuse über 1.000 Mal größer als die Sonne und damit einer der größten Sterne im bekannten Universum. Würde man die Sonne mit Betelgeuse vertauschen und den roten Überriesen im Herzen des Sonnensystems platzieren, würde er Merkur, Venus, Erde und Mars verschlingen, wobei seine Atmosphäre bis zur Umlaufbahn des Jupiters reichen würde.
Es wird erwartet, dass solche massereichen Sterne relativ ruhige Rotationsgeschwindigkeiten haben. Denn wenn sich Sterne während ihrer Roten-Riesen-Phase „aufblähen“ und ausdehnen, sollte sich ihre Rotation aufgrund des Drehimpulserhaltungssatzes verlangsamen. Dies ist vergleichbar mit einem Schlittschuhläufer auf der Erde, der seine Arme senkt und ausbreitet, um seine Drehung zu verlangsamen.
Jüngste Beobachtungen von Betelgeuse, insbesondere mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Nordchile, haben jedoch gezeigt, dass Betelgeuse mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 Kilometern pro Sekunde (11.200 Meilen pro Stunde) rotiert. Das ist etwa achtmal so schnell wie ein Düsenjäger.
Vergleich eines nicht rotierenden roten Überriesen mit simulierten Beobachtungen und tatsächlichen Beobachtungen von Betelgeuse. (Bildnachweis: MPA/Ma, Jing-Ze et al 2024)
Eine Untersuchung mit ALMA, einem Observatorium, das aus 66 Radioantennen besteht, die zusammen ein einziges Teleskop bilden, ergab, dass sich die eine Hälfte von Betelgeuse auf die Erde zuzubewegen scheint, während sich die andere zu entfernen scheint. Diese sogenannte „dipolare Radialgeschwindigkeitskarte“ auf der äußeren Schicht von Betelgeuse interpretierten die Wissenschaftler als schnelle Rotation.
Diese Interpretation setzt jedoch voraus, dass Betelgeuse als perfekt runde Kugel betrachtet wird – und das ist nicht der Fall, wie die Forscher der neuen Studie betonen. Die Oberfläche des roten Überriesensterns ist turbulent mit kochenden Blasen. Einige dieser Blasen sind sogar so groß wie die gesamte Umlaufbahn der Erde um die Sonne. Diese Blasen, die durch einen als Konvektion bezeichneten Wärmeübertragungsmechanismus angetrieben werden, können mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 km/s aufsteigen und fallen, also etwa dreimal so schnell wie das Orion-Raumschiff, das Besatzungsfahrzeug der Artemis-Mission.
Um dieses präzise, blasige Bild von Betelgeuse zu analysieren, entwickelte das Team ein neues Nachbearbeitungs-Computerpaket, um synthetische ALMA-Bilder zu simulieren und sie mit hydrodynamischen 3D-Strahlungssimulationen von nicht rotierenden roten Überriesensternen zu vergleichen. Dabei zeigte sich, dass eine Ansammlung kochender Blasen, die auf einer Seite von Betelgeuse aufsteigt, während eine andere Ansammlung auf der anderen Seite fällt, eine dipolare Radialgeschwindigkeitskarte erzeugen würde. Diese Konvektion würde in tatsächlichen ALMA-Beobachtungen verschwimmen, so das Team, so dass sie nicht von einer schnellen Rotation zu unterscheiden ist.
Das Team fand heraus, dass Betelgeuse in etwa 90 % seiner Simulationen mit Zehntausenden von Kilometern pro Stunde rotieren würde, weil es auf der Oberfläche des roten Überriesen in großem Maßstab kocht. Sollte die Modellierung des Teams jedoch falsch sein, könnte es auch andere Erklärungen geben. Es könnte zum Beispiel darauf hindeuten, dass der Rote Überriese vor langer Zeit einen stellaren Kannibalismus betrieben hat.
„Wenn Betelgeuse doch schnell rotiert, dann denken wir, dass er nach dem Verzehr eines kleinen Begleitsterns, der ihn umkreiste, aufgewirbelt worden sein muss“, fügte de Mink hinzu.
Das Team wird nun weitere Beobachtungen von Betelgeuse nutzen, um seine Rotationsgeschwindigkeit zu bestimmen und besser zu verstehen, wie sich seine kochende Oberfläche auf solche Messungen auswirkt, und so sein Modell auf den Prüfstand stellen.
„Es gibt so vieles, was wir noch nicht über gigantische kochende Sterne wie Betelgeuse verstehen. Wie funktionieren sie wirklich? Wie verlieren sie Masse? Welche Moleküle können sich in ihren Ausströmungen bilden? Warum ist Betelgeuse plötzlich weniger hell geworden?“ Andrea Chiavassa, Mitautor der Studie und Astronom am CNRS, sagte. „Wir arbeiten sehr hart daran, unsere Computersimulationen immer besser zu machen, aber wir brauchen wirklich die unglaublichen Daten von Teleskopen wie ALMA.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im Februar in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
