Betelgeuze: de stervende ster groot genoeg om vier planeten te verzwelgen

Betelgeuze: de stervende ster groot genoeg om vier planeten te verzwelgen

Haal Betelgeuze uit de schouder van Orion en zet hem op de plek van de zon, en zijn oppervlak zou Mercurius, Venus, de Aarde en Mars in zich opnemen. De straal van de ster ligt tussen 640 en 764 keer die van de zon, groot genoeg dat de buitenste lagen tot voorbij de asteroïdengordel zouden reiken. Vanaf de Aarde gezien lijken alleen twee objecten aan de hemel, R Doradus en de zon, een grotere hoekdiameter te hebben.

Hij bevindt zich ergens tussen 400 en 600 lichtjaar afstand, een afstand die hardnekkig moeilijk vast te stellen blijft, zelfs met moderne instrumenten. Betelgeuze is een rode superreus, een van de laatste, korte fasen die een zeer zware ster doorloopt voordat zijn kern instort. Alles aan hem, zijn grootte, zijn rusteloze oppervlak, zijn flikkerende helderheid, is een symptoom van een ster die door zijn brandstof heen raakt.

Een ster groot genoeg om vier planeten te verzwelgen

Grootteverhouding tussen de zon, de rode reus Arcturus en de rode superreuzen Betelgeuze en Antares
Een grootteverhouding tussen de zon, Arcturus, Rigel, S Doradus, Antares en Betelgeuze. Foto: Daniel William "Danny" Wilson, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Alleen al zijn grootte maakt Betelgeuze bijzonder. Vanaf de Aarde gezien tonen slechts twee objecten aan de hemel een grotere hoekdiameter: de zon, en de veel dichterbij staande rode reus R Doradus. Betelgeuze verdient zijn plek op dat korte lijstje puur door zijn enorme omvang, niet door nabijheid, wat de vergelijking zo opvallend maakt.

Die omvang is ook de reden waarom de ster van dichtbij onstabiel oogt. Een lichaam dat honderden keren breder is dan de zon houdt zijn buitenste gas zo losjes vast dat enorme convectiecellen kunnen opstijgen, dalen en het zichtbare oppervlak kunnen herschikken, iets wat de zwaartekracht van een gewone ster nooit zou toelaten.

De grote verduistering van 2019

Illustratie van de helderheidsveranderingen van Betelgeuze na zijn massa-uitstoot in 2019
Een illustratie die de helderheid van Betelgeuze volgt terwijl hij herstelde van zijn massa-uitstoot in 2019. Foto: NASA, ESA, E. Wheatley (STScI), Wikimedia Commons, CC BY 4.0

In oktober 2019 begon Betelgeuze te verzwakken, en het bleef niet bij een nauwelijks merkbare daling. Tegen midden februari 2020 was meer dan tweederde van de helderheid van de ster weggevloeid, een ongekende verzwakking die zelfs met het blote oog duidelijk werd. Hemelkijkers die Orion goed kenden, konden zien dat de schouder van Betelgeuze zichtbaar was verdoft.

De timing was van belang omdat Betelgeuze, met een leeftijd van slechts ongeveer 8,5 miljoen jaar, al binnenkort zijn levenseinde zou bereiken. Wat er werkelijk gebeurde bleek minder explosief maar nog altijd opmerkelijk: een wand van uitgestoten materiaal was tussen de ster en de Aarde in gedreven en koelde daarbij af.

Hubble lost het mysterie op

ALMA-beeld van het oppervlak van de ster Betelgeuze
Het oppervlak van Betelgeuze, in beeld gebracht door de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. O'Gorman/P. Kervella, Wikimedia Commons, CC BY 4.0

Waarnemingen van de Hubble-ruimtetelescoop leverden het duidelijkste antwoord op. Betelgeuze slingerde hoogstwaarschijnlijk een enorme hoeveelheid oververhit gas de ruimte in, en dat gas koelde vervolgens af tot een stofwolk tussen de Aarde en het gloeiende oppervlak van de ster. Die wolk bedekte uiteindelijk zo'n kwart van de zichtbare schijf van de ster vanaf eind 2019, wat nauw aansluit bij de hoeveelheid verloren helderheid.

Niets hiervan kwam uit het niets. Betelgeuze verliest voortdurend massa, met een snelheid die ongeveer 30 miljoen keer hoger ligt dan die van de zon, dus een uitbarsting groot genoeg om de hele ster te verduisteren past ruim binnen zijn normale, zij het extreme, gedrag. Hubble kan dat oppervlak zelfs rechtstreeks bekijken: Betelgeuze is de enige ster naast de zon waarvan Hubble afzonderlijke oppervlaktekenmerken heeft kunnen onderscheiden in plaats van slechts een enkel lichtpunt.

Dat lukte voor het eerst in 1995, toen beelden een gevlekt oppervlak onthulden, bedekt met convectiecellen groot genoeg om afzonderlijk lichter en donkerder te worden terwijl ze verschoven. De verduistering van 2019-2020 was in feite datzelfde rusteloze oppervlak dat werd betrapt op iets ongewoon groots.

Een weggeschoten ster uit Orions kraamkamer

Betelgeuze is niet geboren op de plek waar hij nu staat. Hij ontstond binnen de Orion OB1-associatie, de losse groep hete jonge sterren waartoe ook de sterren van Orions Gordel behoren, voordat hij als weggeschoten ster werd weggeslingerd. Hij ploegt nu met 30 kilometer per seconde door het omringende interstellaire gas, snel genoeg om voor zich uit een boegschok van meer dan vier lichtjaar breed op te stapelen, een schokgolf groter dan de afstand tot onze dichtstbijzijnde stellaire buren.

Een ster meten, een eeuw geleden

Mount Wilson-observatorium, waar de diameter van Betelgeuze voor het eerst werd gemeten
Het Mount Wilson-observatorium, huis van de telescoop van 2,5 meter die gebruikt werd bij de meting van 1920. Foto: Isometric Enterprises, Inc., Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Astronomen probeerden al honderd jaar geleden, zonder moderne elektronica, de werkelijke grootte van Betelgeuze te meten. In 1920 bevestigden Albert Michelson en Francis Pease een interferometer van 6 meter aan de telescoop van 2,5 meter van het Mount Wilson-observatorium, met hulp van John August Anderson, in een van de eerste pogingen om de diameter van een andere ster dan de zon rechtstreeks te meten.

Hun instrument stelde de hoekdiameter van Betelgeuze vast op 0,047 boogseconden, wat neerkomt op een diameter van ongeveer 2,58 astronomische eenheden, gebaseerd op een parallax van 0,018 boogseconden. Dat cijfer uit de jaren 1920 heeft de tand des tijds niet perfect doorstaan: een infraroodinterferometrische studie uit 2009 mat een krimp van 15% ten opzichte van de diameter van de ster in 1993, waarbij het tempo van krimpen nog altijd versnelt zonder overeenkomstige afname in helderheid. Een ster van dit formaat blijkt niet alleen groot te zijn. Hij verandert nog altijd zichtbaar van vorm op tijdschalen van decennia.

Wachten op het einde

Betelgeuze weegt ongeveer 20 keer zoveel als de zon, en ondanks een leeftijd van slechts ongeveer 8,5 miljoen jaar raakt hij nu al door zijn brandstof heen. Zwaardere sterren verbranden hun kernbrandstof veel sneller dan lichtere, wat verklaart waarom zoveel massa Betelgeuze een zo kort in plaats van lang leven oplevert.

Recente studies plaatsen de vermoedelijke resterende levensduur op minder dan een miljoen jaar, met een mogelijke supernova binnen slechts 100.000 jaar, beide "elk moment" op astronomische tijdschalen. Wanneer het zover is, zal Betelgeuze niet volledig alleen zijn. In september 2025 erkende het naamgevingsorgaan van de Internationale Astronomische Unie officieel Siwarha als naam voor zijn kandidaat-begeleidende ster, een herinnering dat zelfs een zo goed bestudeerde ster nog altijd details prijsgeeft.

Bronnen