Jak vypadá hvězda Betelgeuze?

V souhvězdí Orionu vás upoutá jasná, oranžově zbarvená tečka v jeho levém rameni. Jedná se o hvězdu Betelgeuze. Je to hvězdný obr, který už po staletí fascinuje laiky i astronomy po celém světě. (délka blogu 4 min.)

Možná si ještě pamatujete na její pohasnutí na začátku roku 2020. Betelgeuze tehdy ztratila značnou část své jasnosti a astronomický svět očekával další fázi ve vývoji hvězdy - výbuch supernovy. Ten se sice na nebi pozorovat nepodařilo, ale Betelgeuze nepřestává překvapovat.

Tým astronomů, který využil teleskop ALMA v chilské poušti Atacama, nahlédl přímo do vnitřní atmosféry tohoto rudého superobra. Ze získaných dat vědci odvodili fascinující obrázek tohoto vzdáleného světa.

Pozorování byla provedena v úhlovém rozlišení 7 milivteřin, což odpovídá zhruba 17 procentům samotného průměru hvězdy.

Ukázalo se, že nemá podobu dokonale kulaté ohnivé koule, jakou známe z obrázků našeho Slunce. Betelgeuze je ve skutečnosti obří, neustále se vlnící, asymetrický kolos s dramatickými teplotními výkyvy a atmosférou, která zásobuje okolní mezihvězdný prostor materiálem potřebným pro vznik nových hvězd a planet.

Obří skvrny a gigantická konvekce

Jedním z nejzajímavějších objevů nové studie je odhalení horkých oblastí přímo na takzvané submilimetrové fotosféře hvězdy. Pozorování na frekvencích od 215 do 492 GHz ukázala, že povrch si udržuje poměrně stabilní teplotu okolo 2300 K. Jenže tento rovnoměrný poklid narušují dvě výrazné jasné skvrny. První se nachází severovýchodně od středu hvězdného disku a druhá, o něco slabší, leží směrem na jihozápad.

Další analýza a modelování odhalily, že severovýchodní horká skvrna vykazuje obrovský teplotní přebytek. Plyn v této lokalitě je o 500 až 800 Kelvinů teplejší než okolní fotosféra, přičemž místní teplota dosahuje až 3000 K.

Co je však ještě zajímavější, je stabilita této struktury. Astronomové porovnali nejnovější data z roku 2023 se srovnatelným pozorováním získaným o více než sedm let dříve, konkrétně v roce 2015. K překvapení vědecké komunity se poloha i intenzita severovýchodního horkého regionu za celých sedm let téměř nezměnily.

Teoretické modely turbulentní konvekce přitom předpovídaly, že obří konvektivní bubliny na povrchu rudých superobrů by měly mít životnost v řádu měsíců až maximálně několika málo let. Betelgeuze nám tak ukazuje strukturu, která odolává času podstatně déle, než tvrdily dosavadní simulace.

To by mohlo znamenat, že tu existuje stabilní forma konvekce materiálu nebo dlouhodobého přenosu energie z vnitřních vrstev hvězdy. V blízkosti pólu hvězdy by například mohla existovat jedna nebo několik stabilních konvektivních buněk.

Pokud osa rotace hvězdy směřuje přibližně severovýchodním směrem a zhruba třicet stupňů k rovině v jaké se nám jeví, může být severovýchodní skvrna projevem trvalého polárního výstupu horkého materiálu.

Obří bubliny vystupujícího plynu vyvolávají v atmosféře rázové vlny šířící se 5x až 7x rychleji než zvuk. To odpovídá hodnotám 25 až 35 km/s. Tyto rázové vlny následně ohřívají okolní plyn a způsobují lokální emisi, kterou ALMA zachytila s vysokou přesností.

Zprohýbaný povrch a tajemná molekulární sféra

Kromě teplotních anomálií odhalila pozorování také značné odchylky od sférické symetrie samotného hvězdného tělesa.

Poloměr submilimetrové fotosféry měřený na úrovni polovičního maxima jasu vykazuje podél obvodu variace až ±6 %. Nejintenzivnější zprohýbání okraje hvězdy se nachází v jihovýchodním sektoru, kde poloměr fotosféry dosahuje nejvyšších hodnot.

Molekulární obal

Ve vzdálenostech mezi 1,3 až 3 poloměry hvězdy se rozprostírá zajímavý obal. Jde o chladnější molekuly, především oxid křemnatý a oxid uhelnatý.

Pozorování čar SiO a CO ukázala obrovské kontrastní rozdíly v hustotě plynu, kdy poměr jasnosti mezi severovýchodním a jihozápadním sektorem dosahuje hodnot až 10:1.

Při pozorování proti jasnému fotosférickému pozadí se molekuly SiO a CO projevují výraznou absorpcí. Průměrná rychlost absorpčních čar vykazuje modrý posun vůči rychlosti hvězdy, což vlastně potvrzuje únik plynu směrem od hvězdy. Nejhlubší absorpce a nejširší profily čar se přitom nacházejí právě v místech nad horkými fotosférickými skvrnami, což posiluje teorii o výstupních konvektivních proudech, které vytlačují materiál do vyšších pater atmosféry.

Stopy po pohasnutí

Vědci také srovnali novější a starší data. V roce 2020 prošla Betelgeuze výše zmíněným pohasnutím, které bylo způsobeno vytvořením chladné skvrny na fotosféře spojeným s následným vyvržením prachového oblaku. Nová mapa molekulárního plynu z ALMA ukazuje v jihozápadním sektoru molekulární sféry výrazný výpadek emise. Zdá se, že událost z roku 2020 dočasně potlačila tvorbu molekul v této části obalu.

Ještě zajímavější je objev samostatného útvaru, skládajícího se z molekulárního plynu, který se nachází ve vzdálenosti přibližně 60 milivteřin jihozápadně od hvězdy.

Tento objekt se pohybuje poměrně nízkou radiální rychlostí 3 km/s, což naznačuje, že jeho pohyb směřuje převážně v rovině kolmé k úhlu pohledu. Pokud se jedná o materiál vyvržený právě během změn jasnosti v roce 2020, odpovídala by jeho úhlová vzdálenost průměrné rychlosti expanze okolo 10 kilometrů za sekundu. Mohlo by se tedy jednat o důkaz výronu hmoty do okolního mezihvězdného prostředí.

Neviditelný průvodce

Navíc vědci zvažují i další vysvětlení zvláštního chování hvězdy. Betelgeuze by mohla mít blízkého hvězdného společníka.

Nedávné astrometrické a fotometrické studie naznačují, že hvězda by mohla mít v těsné blízkosti malého souputníka obíhajícího s periodou přibližně 5,78 roku.

V době pozorování teleskopem ALMA v srpnu 2023 se tento teoretický průvodce měl nacházet ve vzdálenosti jen asi 1,1 poloměru hvězdy od jejího středu. To je příliš blízko na to, aby se dal přímo rozlišit jako samostatný bodový zdroj. Jeho přítomnost by ovšem mohla vysvětlit zprohýbání fotosféry. Slapové síly průvodce by mohly deformovat vnější atmosféru hvězdy a vytvářet rázové vlny.

Předpokládaná rotace hvězdy se v nových datech nepotvrdila. Odchylky se dají vysvětlit spíše lokálními turbulencemi a nepravidelnými výrony hmoty, než otáčením hvězdného tělesa.

^{Zdroj: Odkaz, ALMA high-resolution observations of Betelgeuse: Persistent structure spanning the inner atmosphere, W. Dent, A. Richards, E. O’Gorman, Astronomy & Astrophysics 19 August 2026}