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Astronomie+Physik

Staub verursachte die Verdunklung von Beteigeuze

Beteigeuze
Der starke Plasmaausbruch (links) von Beteigeuze wurde zur Staubwolke, die die Sicht auf den Stern verdeckte. (Bild: NASA, ESA, and E. Wheatley (STScI))

Der helle Stern Beteigeuze gibt Astronomen schon seit Monaten Rätsel auf. Denn Anfang des Jahres verdunkelte sich dieser Rote Überriese plötzlich drastisch – er verlor zwei Drittel seiner Leuchtkraft. Trotz intensiver Beobachtung blieb die Ursache zunächst unklar. Jetzt liefert das Hubble-Weltraumteleskop eine plausible Erklärung. Die Daten seines UV-Spektrografen zeigen, dass Beteigeuze Ende 2019 einen ungewöhnlich starken Plasmaausbruch durchlebte. Nach Ansicht der Astronomen könnte das ins All hinausgeschleuderte Material durch Abkühlung und Kondensation zu einer Staubwolke geworden sein, die den Stern von uns aus gesehen verdeckte. Das würde die Abdunklung erklären.

Beteigeuze ist einer der hellsten Sterne an unserem Nachthimmel – er leuchtet prominent als einer der Schultersterne des Sternbilds Orion. Der rund 700 Lichtjahre entfernte Stern hat den rund 700-fachen Durchmesser der Sonne und eine im sichtbaren Licht zehntausendmal größere Leuchtkraft. Seine Temperatur und rötliche Farbe verraten, dass es sich bei Beteigeuze um einen Roten Überriesen handelt – einen stark aufgeblähten Stern am Ende seines Lebenszyklus. Am Schluss wird der Stern seine äußeren Hüllen ausschleudern und in einer Supernova enden. Wann diese Sternexplosion allerdings erfolgen wird, können auch die Astronomen nicht genau vorhersagen, weil bislang nur wenige Sterne kurz vor ihrer Supernova beobachtet worden sind. Es könnte theoretisch in wenigen Monaten passieren oder aber erst in hunderttausend Jahren. Wenn Beteigeuze aber explodiert, wird er so hell aufleuchten, dass dies selbst tagsüber am Himmel zu sehen sein wird.

Warum hat sich Beteigeuze verdunkelt?

Als ein mögliches Vorzeichen einer Supernova gilt eine starke Ausdehnung verbunden mit einer deutlichen Abdunklung des Sterns. Entsprechend groß war die Aufmerksamkeit der Astronomen weltweit, als Beteigeuze sich ab Dezember 2019 stark zu verdunkeln begann. Im Verlauf weniger Wochen sank seine Helligkeit um zwei Drittel – dieses Abdimmen des Sterns war sogar mit bloßem Auge am Nachthimmel sichtbar. Die Ursache dieser Verdunklung blieb jedoch unklar. Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile zeigten, dass der Stern ungleichmäßig abgedimmt war. Das könnte beispielsweise auf eine verhüllende Staubwolke hindeuten. Aufnahmen mit dem Atacama Pathfinder Experiment (APEX) deuteten zudem darauf hin, dass auch die Temperaturverteilung auf der Sternenoberfläche ungleichmäßig ist. Das ließ die Astronomen auch Sternenflecken als mögliche Ursache in Betracht ziehen.

Jetzt liefern Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble neue, entscheidende Informationen. Das Teleskop nimmt Beteigeuze regelmäßig mit seinem UV-Spektrografen ins Visier. Die spektrale Analyse dieser energiereichen Strahlung erlaubt es, Vorgänge sichtbar zu machen, die in der heißen Atmosphäre über der Sternenoberfläche ablaufen. In den Aufnahmen vom September bis November 2019 zeigten sich tatsächlich Auffälligkeiten, wie Astronomen um Andrea Dupree vom Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics berichten. Die UV-Spektren deuteten auf eine nach außen gerichtete Druckwelle und den Auswurf einer hellen und dichten Plasmamasse aus dem Sterneninneren hin. „Mit Hubble sahen wir, wie das Material die sichtbare Oberfläche des Sterns verlässt und sich durch die Atmosphäre bewegt“, berichtet Dupree. „Wir konnten den Effekt einer dichten, heißen Region im südöstlichen Teil des Sterns sehen, die sich nach außen bewegt. Dieses Material war zwei- bis viermal heller als die normale Helligkeit des Sterns.“

Plasmaausbruch erzeugte verdunkelnde Staubwolke

Nach Ansicht der Astronomen hat Beteigeuze demnach im Herbst/Winter 2019 einen heftigen Plasmaausbruch erlebt, bei dem zwei bis dreimal mehr Material ausgeschleudert wurde als bei solchen Ausbrüchen sonst üblich. Der Rote Überriese könnte bei diesem Ereignis große Mengen an Material verloren haben. Die Forscher vermuten, dass dieser Ausbruch so stark ausfiel, weil dabei ein Aufstrom von Plasma aus dem Sterneninneren mit einer Phase der pulsierenden Ausdehnung von Beteigeuze zusammenfiel. Hinweise darauf lieferten ergänzende Beobachtungen mit dem STELLA-Teleskop des Leibniz-Instituts für Astrophysik (AIP) in Potsdam auf Teneriffa. Diese Aufnahmen bestätigten, dass Beteigeuze gerade in einer Ausdehnungsphase war, als das heiße Material aufstieg. „Hätte ein großer und sehr kühler Sternfleck die Verdunklung verursacht, wären die Geschwindigkeiten des Plasmas nicht der Pulsation, sondern der Rotation des Sterns gefolgt“, erklärt Co-Autor Klaus Strassmeier vom AIP.

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Die daraus resultierende Plasmaeruption liefert nun die Erklärung für die rätselhafte Abdunklung des Sterns einige Monate später. Als dieses heiße Plasma ins All hinaus raste, kühlte es ab und kondensierte zu einer gewaltigen Staubwolke aus. Diese bewegte sich in der Sichtlinie zwischen der Erde und Beteigeuze und verdeckte so die Sicht auf den Stern, wie die Forscher erklären. Als Folge schien sich der Rote Riese von Dezember 2019 an immer stärker zu verdunkeln. „Wir halten es für möglich, dass die dunkle Wolke aus dem von Hubble entdeckten Ausstoß resultierte“, sagt Dupree. Inzwischen hat sich die Staubwolke weiter vom Stern entfernt. Zwar sieht man bei der Beobachtung mit optischen Teleskopen noch immer eine Abdimmung. Hubble-Aufnahmen im UV-Bereich belegen aber, dass die Oberfläche von Beteigeuze schon im April 2020 wieder ihre normale Helligkeit erreicht hatte.

Quelle: Andrea Dupree (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian) et al., The Astrophysical Journal, doi: 10.3847/1538-4357/aba516

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