BETELGEUSE: EIGENSCHAFTEN, BILDUNG, STRUKTUR UND ZUSAMMENSETZUNG - ARTE - 2024

Betelgeuse ist der Alpha-Stern des Sternbildes Orion, weshalb er auch Alpha-Orionis genannt wird. Es ist ein Stern vom Typ der roten Überriesen, die Sterne mit dem größten Volumen, aber nicht unbedingt die massereichsten.

Obwohl Betelgeuse der Alpha-Stern des Orion ist, ist er auf den ersten Blick nicht der hellste in der Konstellation, da Rigel -beta Orionis derjenige ist, der am meisten auffällt. Im Infrarot- und Nahrotspektrum ist Betelgeuse jedoch am hellsten, was in direktem Zusammenhang mit seiner Oberflächentemperatur steht.

Abbildung 1. Sternbild Orion und vier seiner Hauptsterne, einschließlich Betelgeuse. Quelle: Pixabay.

Dieser Stern wurde sicherlich von den ersten Menschen aufgrund seiner großen Leuchtkraft seit der Antike beobachtet. In der Reihenfolge der Helligkeit ist es normalerweise das zehnthellste am Nachthimmel und, wie gesagt, das zweithellste im Sternbild Orion.

Chinesische Astronomen beschrieben Betelgeuse im 1. Jahrhundert als gelben Stern. Aber andere Beobachter wie Ptolemaios nannten es orange oder rötlich. Viel später, im 19. Jahrhundert, stellte John Herschel fest, dass seine Helligkeit variabel ist.

Was passiert ist, dass sich alle Sterne entwickeln, deshalb ändert sich ihre Farbe im Laufe der Zeit, da Gas und Staub aus den oberflächlichsten Schichten ausgestoßen werden. Dies verändert auch seine Leuchtkraft.

Allgemeine Charakteristiken

Betelgeuse ist das charakteristische Beispiel eines roten Überriesensterns, der sich durch einen Spektraltyp K oder M und einen Leuchtkrafttyp I auszeichnet.

Sie sind Niedertemperatursterne; Im Fall von Betelgeuse wird berechnet, dass es ungefähr 3000 K beträgt. Temperatur und Farbe hängen zusammen, zum Beispiel ist ein Stück heißes Eisen glühend heiß, aber wenn die Temperatur steigt, wird es weiß.

Obwohl Betelgeuse erst 8 Millionen Jahre alt ist, hat es sich schnell aus der Hauptsequenz heraus entwickelt, da sein Kernbrennstoff aufgebraucht und auf seine heutigen Dimensionen angeschwollen ist.

Diese Riesensterne haben auch eine variable Leuchtkraft. In den letzten Jahren hat seine Helligkeit abgenommen, was die wissenschaftliche Gemeinschaft beunruhigt hat, obwohl sie sich in letzter Zeit erholt hat.

Hier sind seine Hauptmerkmale:

- Entfernung : Zwischen 500 und 780 Lichtjahren.

- Masse : Zwischen 17 und 25 Sonnenmassen.

- Radius : Zwischen 890 und 960 Sonnenradien.

- Helligkeit : Zwischen 90.000 und 150.000 Sonnenhelligkeit.

- Entwicklungsstand : roter Überriese.

- Scheinbare Größe : +0,5 (sichtbar) -3,0 (Infrarot-J-Band) -4,05 (Infrarot-K-Band).

- Alter : Zwischen 8 und 10 Millionen Jahren.

- Radialgeschwindigkeit : +21,0 km / s

Betelgeuse gehört zur Spektralklasse M, was bedeutet, dass die Temperatur seiner Photosphäre relativ niedrig ist. Es ist als Typ M1-2 Ia-ab klassifiziert.

Im Yerkes-Diagramm der Spektralklassifikation bedeutet das Suffix Ia-ab, dass es sich um einen Überriesen mittlerer Leuchtkraft handelt. Das Lichtspektrum von Betelgeuse dient als Referenz für die Klassifizierung anderer Sterne.

Der Durchmesser von Betelgeuse wird auf 860 bis 910 Millionen Kilometer geschätzt und es war der erste Stern, dessen Durchmesser durch Interferometrie gemessen wurde. Dieser Durchmesser ist vergleichbar mit dem der Jupiter-Umlaufbahn, jedoch nicht der größte der roten Überriesen.

Trotz seiner Größe ist es nur 10- bis 20-mal so massereich wie unsere Sonne. Seine Masse ist jedoch groß genug, um eine schnelle Sternentwicklung zu ermöglichen, da die Lebensdauer eines Sterns die Umkehrung der ist Quadrat seiner Masse.

Bildung und Evolution

Betelgeuse begann wie alle Sterne als riesige Wolke aus Wasserstoffgas, Helium und kosmischem Staub mit anderen chemischen Elementen, die sich um einen zentralen Punkt kondensierten und dessen Massendichte erhöhten.

Es gibt Hinweise darauf, dass dies bei der Bildung von Sternhaufen der Fall ist, die sich im Allgemeinen in Nebeln befinden, die aus kalter, spärlicher interstellarer Materie bestehen.

Figure 2. IC396-Nebel mit zahlreichen Sternen im Entstehungsstadium. Das Bild wurde im Infrarot aufgenommen, da das sichtbare Spektrum vom Nebel absorbiert wird. Quelle: NASA / Spitzer.

Die Bildung eines Sterns, sein Leben und sein Tod ist ein ewiger Kampf zwischen:

• Die Anziehungskraft, die dazu neigt, alle Materie an einem Punkt zu verdichten und
• Die individuelle kinetische Energie jedes Teilchens, die zusammen den Druck ausübt, der erforderlich ist, um vom Anziehungspunkt zu entweichen und sich auszudehnen.

Wenn die ursprüngliche Wolke zur Mitte hin schrumpft, bildet sich ein Protostern, der Strahlung emittiert.

Die Anziehungskraft der Gravitation bewirkt, dass die Atomkerne kinetische Energie aufnehmen. Wenn sie jedoch im dichtesten Zentrum des Protostars angehalten werden, emittieren sie elektromagnetische Strahlung und beginnen so zu leuchten.

Wenn der Punkt erreicht ist, an dem die Wasserstoffkerne so dicht gepackt sind und genügend kinetische Energie aufnehmen, um die elektrostatische Abstoßung zu überwinden, beginnt die starke Anziehungskraft zu wirken. Dann erfolgt die Fusion der Kerne.

Bei der Kernfusion von Wasserstoffkernen entstehen Helium- und Neutronenkerne mit großen Mengen an kinetischer Energie und elektromagnetischer Strahlung. Dies ist auf den Massenverlust bei der Kernreaktion zurückzuführen.

Dies ist der Mechanismus, der der Gravitationskompression eines Sterns durch kinetischen Druck und Strahlungsdruck entgegenwirkt. Solange sich der Stern in diesem Gleichgewicht befindet, soll er sich in der Hauptsequenz befinden.

Die rote Riesenbühne

Der oben beschriebene Prozess dauert nicht ewig, zumindest nicht für sehr massive Sterne, da bei der Umwandlung von Wasserstoff in Helium der Kraftstoff aufgebraucht wird.

Auf diese Weise nimmt der Druck ab, der dem Gravitationskollaps entgegenwirkt, und daher wird der Kern des Sterns verdichtet, während sich die äußere Schicht ausdehnt und ein Teil der Teilchen, der energetischsten, in den Raum entweicht und a bildet Staubwolke um den Stern.

Wenn dies geschieht, ist der Zustand des roten Riesen erreicht und dies ist der Fall bei Betelgeuse.

Abbildung 3. Betelgeuse, ein roter Überriese von der Größe von 800 Sonnen bis 130 Parsec im Sternbild Orion, zeigt seine Sternscheibe. (Quelle: HST).

In der Sternentwicklung definiert die Masse des Sterns die Zeit von Leben und Tod.

Ein Überriese wie Betelgeuse hat eine kurze Lebensdauer und durchläuft die Hauptsequenz sehr schnell, während die weniger massiven roten Zwerge seit Millionen von Jahren bescheiden leuchten.

Betelgeuse wird auf 10 Millionen Jahre geschätzt und befindet sich in der Endphase seines Evolutionszyklus. Es wird angenommen, dass sein Lebenszyklus in etwa 100.000 Jahren mit einer großen Supernova-Explosion enden wird.

Struktur und Zusammensetzung

Betelgeuse hat einen dichten Kern, der von einem Mantel und einer Atmosphäre umgeben ist, die das 4,5-fache des Durchmessers der Erdumlaufbahn beträgt. Im Jahr 2011 wurde jedoch entdeckt, dass der Stern von einem riesigen Materialnebel umgeben ist, der von sich selbst stammt.

Der Nebel, der Betelgeuse umgibt, erstreckt sich 60 Milliarden Kilometer von der Oberfläche des Sterns entfernt, dies ist das 400-fache des Umlaufradius der Erde.

In ihrer letzten Phase vertreiben die roten Riesen Material in relativ kurzer Zeit in den umgebenden Raum, eine enorme Menge. Es wird geschätzt, dass Betelgeuse in nur 10.000 Jahren das Äquivalent der Sonnenmasse verliert. Dies ist nur ein Augenblick in der Sternzeit.

Unten sehen Sie ein Bild des Sterns und seines Nebels, das mit dem VLT-Teleskop in Cerro Paranal, Antofagasta, Chile, von der ESO (Europäische Organisation für astronomische Forschung in der südlichen Hemisphäre) aufgenommen wurde.

In der Abbildung ist der zentrale rote Kreis der Stern Betelgeuse mit einem Durchmesser von viereinhalb Mal der Erdumlaufbahn. Dann entspricht die schwarze Scheibe einem sehr hellen Bereich, der maskiert wurde, damit wir den Nebel sehen können, der den Stern umgibt und der sich, wie gesagt, bis zum 400-fachen des Umlaufradius der Erde erstreckt.

Dieses Bild wurde im Infrarotbereich aufgenommen und farbig dargestellt, damit die verschiedenen Bereiche sichtbar sind. Blau entspricht den kürzesten Wellenlängen und Rot den längsten.

Abbildung 4. Der kleine rote Kreis in der Mitte ist der Stern Betelgeuse, der schwarze Kreis ist die Maskierung eines extrem hellen Bereichs. Um den schwarzen Kreis herum sehen Sie den Nebel, der aus dem vom Stern ausgestoßenen Material besteht. (Quelle: ESO-VLT)

Die in Betelgeuse vorhandenen Elemente

Betelgeuse besteht wie alle Sterne hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium. Da es sich jedoch in seinen letzten Phasen um einen Stern handelt, beginnt es im Inneren, andere schwerere Elemente aus dem Periodensystem zu synthetisieren.

Beobachtungen des Betelgeuse umgebenden Nebels, der aus vom Stern aufgeworfenem Material besteht, weisen auf das Vorhandensein von Quarzstaub und Aluminiumoxid hin. Dieses Material macht die meisten felsigen Planeten wie die Erde aus.

Dies zeigt uns, dass in der Vergangenheit Millionen von Sternen ähnlich wie Betelgeuse existierten, die das Material lieferten, aus dem die felsigen Planeten unseres Sonnensystems, einschließlich der Erde, bestanden.

Betelgeuse Dämpfung

In jüngster Zeit ist Betelgeuse eine Neuigkeit in der internationalen Presse, da Anfang Oktober 2019 das Licht innerhalb weniger Monate merklich nachließ.

Beispielsweise nahm die Helligkeit im Januar 2020 um den Faktor 2,5 ab. Am 22. Februar 2020 hörte es jedoch auf zu dimmen und gewann wieder an Helligkeit.

Dies bezieht sich auf das sichtbare Spektrum, jedoch ist seine Helligkeit im Infrarotspektrum in den letzten 50 Jahren ziemlich stabil geblieben, was Astronomen zu der Annahme veranlasst, dass es sich nicht um eine Lichtvariation handelt, wie sie in auftritt die Stadien, die zu einer Supernova-Explosion führen.

Im Gegenteil, es geht um die Absorption und Dispersion des sichtbaren Bandes des elektromagnetischen Spektrums aufgrund der Staubwolke, die der Stern selbst ausgestoßen hat.

Diese Staubwolke ist für Infrarot transparent, nicht jedoch für das sichtbare Spektrum. Anscheinend bewegt sich die dicke Staubwolke, die den Stern umgibt, schnell von ihm weg, so dass die Schulter von Orion, dem mythologischen Jäger, sicherlich noch viel länger am Himmel bleiben wird.

Verweise

1. Astronoo. Betelgeuse. Wiederhergestellt von: astronoo.com.
2. Pasachoff, J. 2007. Der Kosmos: Astronomie im neuen Jahrtausend. Dritte Edition. Thomson-Brooks / Cole.
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