Betelgeuse: kuoleva tähti, joka on tarpeeksi suuri nielaisemaan neljä planeettaa

Betelgeuse: kuoleva tähti, joka on tarpeeksi suuri nielaisemaan neljä planeettaa

Jos Betelgeuse siirrettäisiin pois Orionin olkapäästä ja asetettaisiin Auringon paikalle, sen pinta nielaisisi kokonaan Merkuriuksen, Venuksen, Maan ja Marsin. Tähden säde on 640–764-kertainen Aurinkoon verrattuna, mikä riittäisi siihen, että sen ulommat kerrokset ulottuisivat asteroidivyöhykkeen ohi. Maasta katsottuna vain kaksi taivaankappaletta, R Doradus ja Aurinko, näyttävät kattavan suuremman kulmahalkaisijan.

Se sijaitsee jossain 400 ja 600 valovuoden päässä — matka, jota on ollut sitkeästi vaikea määrittää tarkasti edes nykyaikaisilla laitteilla. Betelgeuse on punainen jättiläistähti, yksi niistä viimeisistä, lyhyistä vaiheista, joiden läpi erittäin massiivinen tähti kulkee ennen ytimensä romahtamista. Kaikki siinä — sen koko, levoton pinta, väreilevä kirkkaus — on merkki tähdestä, jonka aika on käymässä vähiin.

Tähti, joka on tarpeeksi suuri nielaisemaan neljä planeettaa

Kokovertailu Auringosta, punaisesta jättiläisestä Arcturuksesta sekä punaisista superjättiläisistä Betelgeusesta ja Antareksesta
Kokovertailu Auringosta, Arcturuksesta, Rigelistä, S Doraduksesta, Antareksesta ja Betelgeusesta. Kuva: Daniel William "Danny" Wilson, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Jo pelkkä koko tekee Betelgeusesta erikoisen. Maasta katsottuna vain kaksi taivaankappaletta osoittaa suuremman kulmahalkaisijan: Aurinko ja paljon lähempänä oleva punainen jättiläinen R Doradus. Betelgeuse ansaitsee paikkansa tällä lyhyellä listalla pelkästään valtavan kokonsa ansiosta, ei läheisyytensä, ja juuri se tekee vertailusta niin vaikuttavan.

Tuo massiivisuus selittää myös sen, miksi tähti näyttää läheltä katsottuna epävakaalta. Kappale, joka on satoja kertoja Aurinkoa leveämpi, pitää ulkokaasunsa niin löyhästi koossa, että valtavat konvektiosolut voivat nousta, vajota ja järjestellä sen näkyvän pinnan uudelleen — jotain, mitä tavallisen tähden painovoima ei koskaan sallisi.

Vuoden 2019 suuri himmeneminen

Havainnekuva Betelgeusen kirkkauden muutoksista vuoden 2019 massapurkauksen jälkeen
Havainnekuva, joka seuraa Betelgeusen kirkkautta sen toipuessa vuoden 2019 massapurkauksesta. Kuva: NASA, ESA, E. Wheatley (STScI), Wikimedia Commons, CC BY 4.0

Lokakuussa 2019 Betelgeuse alkoi himmetä, eikä se jäänyt tuskin havaittavaan notkahdukseen. Helmikuun 2020 puoliväliin mennessä yli kaksi kolmasosaa tähden kirkkaudesta oli hävinnyt — ennennäkemätön himmeneminen, joka näkyi jopa paljaalla silmällä. Orionin hyvin tuntevat taivaantarkkailijat saattoivat nähdä, että Betelgeusen olkapää oli selvästi tummunut.

Ajoituksella oli merkitystä, koska Betelgeusen, joka on vain noin 8,5 miljoonaa vuotta vanha, odotetaan jo päättävän elämänsä pian. Se, mitä todellisuudessa tapahtui, osoittautui vähemmän räjähdysmäiseksi mutta yhä yhtä merkittäväksi: ulos syöksynyt aineseinämä oli ajautunut tähden ja Maan väliin ja jäähtyi matkan varrella.

Hubble ratkaisee mysteerin

ALMA-kuva Betelgeuse-tähden pinnasta
Betelgeusen pinta, kuvattuna Atacaman suurella millimetri-/submillimetriteleskooppiverkostolla (ALMA). Kuva: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. O'Gorman/P. Kervella, Wikimedia Commons, CC BY 4.0

Hubble-avaruusteleskoopin havainnot antoivat selkeimmän vastauksen. Betelgeuse todennäköisimmin syöksi valtavan määrän ylikuumentunutta kaasua avaruuteen, ja tuo kaasu jäähtyi sitten pölypilveksi, joka asettui Maan ja tähden hehkuvan pinnan väliin. Tämä pilvi peitti lopulta noin neljänneksen tähden näkyvästä kiekosta vuoden 2019 loppupuolelta lähtien, mikä vastaa täsmällisesti menetetyn kirkkauden määrää.

Mikään tästä ei tullut tyhjästä. Betelgeuse menettää massaa jatkuvasti, noin 30 miljoonaa kertaa Aurinkoa nopeammin, joten koko tähteä himmentävä purkaus mahtuu hyvin sen normaaliin, joskin äärimmäiseen, käytökseen. Hubble pystyy jopa tarkkailemaan tuota pintaa suoraan: Betelgeuse on ainoa tähti Auringon lisäksi, jonka yksittäisiä pintapiirteitä Hubble on kyennyt erottamaan yhden valopisteen sijaan.

Se onnistui tässä ensimmäisen kerran jo vuonna 1995, kun kuvat paljastivat läiskäisen pinnan, jota peittivät konvektiosolut — tarpeeksi suuria kirkastuakseen ja tummuakseen yksitellen liikkuessaan. Vuosien 2019–2020 himmenemistapahtuma oli käytännössä sama levoton pinta yllätettynä tekemästä jotain tavallista suurempaa.

Karkulaistähti Orionin syntysijoilta

Betelgeuse ei syntynyt siellä, missä se nyt sijaitsee. Se muodostui Orionin OB1-assosiaation sisällä — löyhässä kuumien nuorten tähtien joukossa, johon kuuluvat myös Orionin vyötä muodostavat tähdet — ennen kuin se sinkoutui ulos karkulaistähtenä. Nyt se kyntää ympäröivän tähtienvälisen kaasun läpi 30 kilometrin sekuntinopeudella, mikä riittää kasaamaan eteensä yli neljän valovuoden levyisen keulasokin — iskuaallon, joka on suurempi kuin etäisyys lähimpiin tähtinaapureihimme.

Tähden mittaaminen vuosisata sitten

Mount Wilsonin observatorio, jossa Betelgeusen halkaisija mitattiin ensimmäisen kerran
Mount Wilsonin observatorio, 2,5 metrin teleskoopin kotipaikka, jota käytettiin vuoden 1920 mittauksessa. Kuva: Isometric Enterprises, Inc., Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Tähtitieteilijät yrittivät mitata Betelgeusen todellista kokoa jo sata vuotta sitten, ilman nykyaikaista elektroniikkaa. Vuonna 1920 Albert Michelson ja Francis Pease kiinnittivät 6 metrin interferometrin Mount Wilsonin observatorion 2,5 metrin teleskooppiin John August Andersonin avustuksella yhtenä ensimmäisistä yrityksistä mitata suoraan jonkin muun tähden kuin Auringon halkaisija.

Heidän laitteensa mittasi Betelgeusen kulmahalkaisijaksi 0,047 kaarisekuntia, mikä vastaa noin 2,58 astronomisen yksikön halkaisijaa 0,018 kaarisekunnin parallaksin perusteella. Tämä 1920-luvun luku ei ole säilynyt täydellisesti: vuoden 2009 infrapuna-interferometrinen tutkimus mittasi 15 prosentin kutistumisen tähden vuoden 1993 halkaisijaan verrattuna, ja kutistumisvauhti kiihtyy edelleen ilman vastaavaa kirkkauden laskua. Näin suuri tähti ei siis ole vain iso. Se muuttaa muotoaan yhä näkyvästi vuosikymmenten aikaikkunassa.

Odottaen loppua

Betelgeusen massa on noin 20-kertainen Aurinkoon verrattuna, ja vaikka se on vain noin 8,5 miljoonaa vuotta vanha, sen polttoaine on jo loppumassa. Raskaammat tähdet kuluttavat ydinpolttoaineensa paljon nopeammin kuin kevyemmät, minkä vuoksi niin suuri massa antaa Betelgeuselle näin lyhyen elämän pitkän sijaan.

Tuoreiden tutkimusten mukaan todennäköinen "sytytyslanka" on alle miljoona vuotta, ja supernova on mahdollinen jo 100 000 vuoden kuluttua — molemmat lasketaan "milloin tahansa" tapahtuviksi astronomisilla aikaskaaloilla. Kun se tapahtuu, Betelgeuse ei ole täysin yksin. Syyskuussa 2025 Kansainvälisen tähtitieteellisen liiton nimeämiselin tunnusti virallisesti nimen Siwarha sen ehdokaskumppanitähdelle, mikä muistuttaa siitä, että jopa näin hyvin tutkitusta tähdestä löytyy yhä täydennettäviä yksityiskohtia.

Lähteet