W ubiegłym roku czerwony nadolbrzym w gwiazdozbiorze Oriona zwany Betelgezą zaskoczył astronomów, gdy dramatycznie obniżył jasność, a następnie wrócił do poprzedniego stanu. Spadek jasności trwał tygodnie. Obecnie astronomów zainteresowały podobne zjawiska w historii obserwacji hiperolbrzyma VY CMA w gwiazdozbiorze Wielkiego Psa (łac. Canis Major).
Położenie czerwonego hiperolbrzyma VY Canis Majoris na niebie. Najlepiej widać go zimą nisko nad południowym horyzontem w gwiazdozbiorze Wielkiego Psa (łac. Canis Major) – powyżej grzbietu. Źródło: NASA, ESA, and J. DePasquale (STScI) Acknowledgment: A. Fujii
VY Canis Majoris jest gwiazdą znacznie większą i bardziej masywną niż Betelgeza oraz doświadcza znacznie dłuższych spadków jasności trwających nawet latami. Najnowsze badania grupy astronomów opublikowane w The Astronomical Journal sugerują, że te same zjawiska, które występują w Betelgezie obserwuje się również w VY CMa, ale w znacznie większej skali.
VY Canis Majoris zachowuje się w dużym stopniu jak Betelgeza na sterydach – wyjaśnia główny autor publikacji Roberta Humpreys z University of Minnesota w Minneapolis (USA).
Obserwacje VY CMa wykonane teleskopem Hubble'a sugerują podobną przyczynę spadku jasności jak w Betelgezie, gdzie za spadek jasności najprawdopodobniej odpowiada wypływ materii z gwiazdy, podczas którego powstaje pył blokujący przez pewien czas światło w kierunku Ziemi - powodując efekt czasowego „pociemnienia” gwiazdy.
Astronomowie oszacowali, że VY Canis Majoris jest jedną z największych znanych gwiazd o promieniu ~1420 Rʘ i masie 35 Mʘ, który jest około 300000 razy jaśniejszy od Słońca. Znajduje się w odległości około 3840 l.św.
Wielkość hiperolbrzyma VY Canis Majoris jest imponująca: około 1420 razy większa od Słońca. Źródło: Oona Räisänen/Wikipedia
Ta gwiazda jest absolutnie zadziwiająca. Jest to jedna z największych gwiazd jakie znamy – bardzo zaawansowany ewolucyjnie czerwony nadolbrzym, który doznał wielokrotnych, gigantycznych wybuchów – wyjaśnia R. Humpreys.
Olbrzymie łuki plazmy otaczają gwiazdę w odległościach tysięcy jednostek astronomicznych. Te łuki plazmy wyglądają podobnie jak słoneczne protuberancje, ale o kolosalnie większej skali. One nie są związane fizycznie z gwiazdą, ale raczej wydaje się, że zostały wyrzucone i poruszają się na zewnątrz. Niektóre struktury w pobliżu gwiazdy są dość zwarte. Wyglądają jak drobne zgęstki i struktury mgławicowe.
Nasze Słońce zachowuje się podobnie do VY Canis Majoris, aczkolwiek w mniejszej skali. Oto słoneczna protuberancja obserwowana w świetle ultrafioletowym w dn. 30 marca 2010 roku. Dla porównania pokazano w tej samej skali wielkość Ziemi. Źródło: NASA/ SDO
W poprzedniej publikacji z 2019 roku R.Humpreys ze współpracownikami wyznaczyli kiedy te większe struktury zostały wyrzucone z gwiazdy. Okazało się, że miało to miejsce kilkaset lat temu, a nowsze – od 100 do 200 lat temu.
W najnowszej publikacji z 2021 roku pt. „The Mass-Loss History of the Red Hypergiant VY CMa” grupa astronomów zbadała struktury mgławicy bliższe gwiazdy, które nie są starsze niż 100 lat. Na podstawie obserwacji z teleskopu Hubble'a autorzy wyznaczyli prędkości i ruchy struktur gorącego gazu znajdujących się bliżej gwiazdy i byli w stanie określić bardziej dokładnie momenty tych wyrzutów materii. Niezwykłe było to, że wiele ze struktur gazowych jest związane z epizodami wielokrotnych wyrzutów materii w XIX i XX wieku, gdy VY CMa zmniejszała jasności do 1/6 swojej normalnej wartości.
W przeciwieństwie do Betelgezy, VY CMa nie jest widoczna gołym okiem. Obecnie przy jasności wizualnej około 8.3m jest widoczna tylko przez lornetkę lub teleskop.
Wizualna krzywa blasku hiperolbrzyma VY Canis Majoris z ostatnich ponad 60 lat (białe okręgi - średnie 20-dniowe). Zielone prostokąty - jasność gwiazdy w filtrze astronomicznym V. Źródło: LCG AAVSO
Hiperolbrzym VY Canis Majoris wyrzucił w przestrzeń wokółgwiazdową 100 razy więcej masy niż Betegeza. Masa niektórych struktur gazowych jest ponad dwa razy większa niż masa Jowisza.
To zdumiewające, że gwiazda może to robić – powiedziała R. Humpreys – Źródłem tych ogromnych wyrzutów masy zarówno w VY Canis Majoris, jak i Betelgezie jest prawdopodobnie wielkoskalowa aktywność na powierzchni – wielkie komórki konwekcyjne podobne do tych na Słońcu. Jednak w VW Canis Majoris te komórki mogą być rozmiarów Słońca lub większe.Prawdopodobnie jest to bardziej powszechne zjawisko występujące w czerwonych nadolbrzymach niż uważali naukowcy i VY Canis Majoris jest ekstremalnym przykładem. Może to być nawet główny mechanizm, który prowadzi do utraty masy – co zawsze jest uważane za pewną tajemnicę czerwonych nadolbrzymów.
Zoom w kierunku VY Canis Majoris, który jest kombinacją zdjęć uzyskanych teleskopem Hubble'a i grafiki-wizji artystycznej samej gwiazdy.
Po lewej: zdjęcie kolorowe wykonane teleskopem Hubble'a ogromnej mgławicy składającej się z materii wyrzuconej z tego hiperolbrzyma. Ta mgławica zajmuje na niebie nieregularny kształt o przekroju około 10" - co odpowiada liniowym rozmiarom 12000 j.a. (0.19 l.św.).
W centrum: powiększenie fragmentu zdjęcia uzyskanego teleskopem Hubble'a obszaru wokół VY CMa, na którym widać struktury zbudowane z materii gwałtownie wyrzuconej z gwiazdy w kształcie zgęstków, łuków i włókien. Tutaj nie widać samej gwiazdy. Ale malutki czerwony prostokąt wskazuje na lokalizację tego hiperolbrzyma i reprezentuje fragment układu słonecznego aż do orbity Neptuna o średnicy około 2x30 j.a. (2x4.5 miliarda km).
Po prawej: wizja artystyczna hiperolbrzyma VY Canis Majoris, w którym widać ogromne komórki konwekcyjne i gwałtowne wyrzuty materii. VY Canis Majoris jest tak duża, że gdyby umieścić ją w miejscu Słońca, to dopiero orbita Saturna znajdowałaby się nad jej powierzchnią (~1420 Rʘ).
Źródło: NASA, ESA, and R. Humphreys (University of Minnesota), and J. Olmsted (STScI)
Pomimo tego, że inne czerwone nadolbrzymy są podobnie jasne i wyrzucają mnóstwo pyłu, to jednak żaden z nich nie ma tak skomplikowanej struktury, jak w VY Canis Majoris.
Więc cóż jest w tym niezwykłego? VY Canis Majoris może być na wyjątkowym etapie ewolucji, który odróżnia ją od innych gwiazd. Prawdopodobnie ta faza aktywności trwa bardzo krótko – może tylko kilka tysięcy lat. Nie zaobserwujemy wielu podobnych gwiazd w naszym sąsiedztwie – powiedziała R.Humpreys.
Ta gwiazda narodziła się jako bardzo gorący i jasny niebieski nadolbrzym, o masie dochodzącej nawet 35-40 Mʘ. Po kilku milionach lat, gdy synteza wodoru w jądrze gwiazdy zaczęła się zmniejszać, gwiazda stopniowo rozszerzała się aż stała się czerwonym nadolbrzymem. R.Humpreys podejrzewa, że gwiazda mogła na krótko wrócić do etapu wyższej temperatury powierzchniowej i następnie ponownie spuchła do fazy czerwonego nadolbrzyma.
Prawdopodobnie to co sprawia, że VY Canis Majoris jest taka niezwykła i ekstremalna – o bardzo złożonej strukturze wyrzuconej materii, to fakt, iż jest po raz drugi na etapie ewolucyjnym czerwonego nadolbrzyma – wyjaśniła R.Humpreys. Możliwe, że VY Canis Majoris utraciła już połowę swojej masy. Przypuszcza się, że zamiast wybuchnąć jako supernowa, ten hiperolbrzym zakończy żywot po bezpośrednim kolapsie do czarnej dziury.
Obraz z Teleskopu Hubble'a przedstawia ogromną mgławicę składająca się z materii wyrzuconej z hiperolbrzyma VY Canis Majoris. Ta mgławica zajmuje na niebie nieregularny kształt o przekroju około 10" – co odpowiada liniowym rozmiarom 12000 j.a. (0.19 l.św.). Źródło: NASA, ESA, and R. Humphreys (University of Minnesota)
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
Publikacja naukowa: The Mass-Loss History of the Red Hypergiant VY CMa
Archiwum preprintów naukowych arXiv: The Mass-Loss History of the Red Hypergiant VY CMa
Hubble Solves Mystery of Monster Star's Dimming
Źródło: NASA, ESA, and R. Humphreys (University of Minnesota)
Na ilustracji wizja artystyczna czerwonego hiperolbrzyma VY Canis Majoris z ogromnymi komórkami konwekcyjnymi i gwałtownymi wyrzutami materii. VY Canis Majoris jest tak duża, że gdyby umieścić ją w miejscu Słońca, to dopiero orbita Saturna znajdowałaby się nad jej powierzchnią ( promień gwiazdy ~1420 Rʘ). Źródło: NASA, ESA, and R. Humphreys (University of Minnesota), and J. Olmsted (STScI)
