Найбільша видима зірка
На правому плечі Оріона, в вінці Зимового шестикутника, сяє в зимових небесах красуня Бетельгейзе.
Сузір'я Оріона. Бетельгейзе - червонувато-оранжева зірка в лівому верхньому кутку сузір'я.
Цю зірку не дарма називають альфою Оріона, хоча сліпучий блакитний Ригель - на фотографії в правому нижньому кутку - більшу частину часу яскравіше неї. Бетельгейзе - у багатьох відношеннях унікальна зірка, яку вже багато років досліджують астрономи і відкривають все нові і нові цікаві факти.
По-перше, Бетельгейзе - одна з найбільших зірок у Всесвіті. Її діаметр більше діаметра Сонця приблизно в тисячу разів. Навіть найбільша з відомих зірок, VY Великого Пса, перевершує Бетельгейзе по діаметру всього в два рази (і, відповідно, у вісім разів за обсягом). Так що ця зірка не дарма носить горде звання червоного надгіганта.
Якби вона була на місці Сонця, вона майже заповнила б орбіту Сатурна:
Тільки вісім відомих зірок (всі - червоні гіпергіганти) перевершують Бетельгейзе за обсягом, але всі вони на земному небі виглядають дуже тьмяно. Причина проста: Бетельгейзе набагато ближче їх усіх.
До Бетельгейзе 640 світлових років, і в масштабах Галактики це дуже мало. Бетельгейзе - найближча до нас надгігант.
З цього випливає цікавий висновок: Бетельгейзе на земному небі має найбільший видимий діаметр з усіх зірок (звичайно, після Сонця.)
Зрозуміло, що все, що по діаметру менше кутової хвилини, людським оком сприймається як точка. Кутові діаметри всіх зірок (крім Сонця) менше кутової хвилини, тому вони все виглядають точками. Насправді, звичайно, все їх кутові діаметри різні. Кутовий діаметр Бетельгейзе була уперше визначена в 1920 році як 0.047 кутовий секунди, що було найбільшим з відомих тоді кутових діаметрів зірок. З тих пір, правда, була виявлена невидима в північній півкулі зірка R Золотої Риби, кутовий діаметр якої виявився 0.057 кутовий секунди. Але вона і в південному-то півкулі майже не видно: в максимумі блиску насилу видно неозброєним оком, а в мінімумі її не в кожен телескоп можна розгледіти. R Золотої Риби така холодна, що випромінює в основному інфрачервоне випромінювання. Але з тих пір кутові вимірювання були уточнені, і для Бетельгейзе видимий діаметр визначено від 0.056 до 0.059 кутовий секунди, що повертає їй втрачені позиції найбільшої видимої зірки. Не так-то просто потіснити королеву зимових небес!
Ось це історичне зображення в ультрафіолетовому світлі (NASA / ESA credit):
Зрозуміло, що кольори на фотографії умовні: чим красно, тим холодніше. Яскрава пляма біля центру зірки вважається одним з її полюсів, тобто вісь обертання Бетельгейзе спрямована майже на нас, але трохи в сторону.
На отриманих фото видно, що у Бетельгейзе є хвіст. Цей хвіст тягнеться на шість радіусів самої Бетельгейзе (порівняно з відстанню від Сонця до Нептуна). Що це за хвіст, чому він там і що означає, вчені поки самі не знають, хоча припущень є безліч.
Цікаво привести основні параметри Бетельгейзе. Ми побачимо, що майже за всіма параметрами Бетельгейзе виявляється одним з «призерів» відомої Всесвіту.
По діаметру, як уже було сказано, Бетельгейзе перевершує Сонце приблизно в тисячу разів. Дуже складно точно визначити діаметр і відстань від Сонця одиночної зірки, а у Бетельгейзе супутників не виявлено (хоча дуже можливо, що вони є, просто їх не вдається розгледіти поруч з такою велетнем). Зате Бетельгейзе така величезна, що її діаметр вдалося виміряти «безпосередньо», тобто за допомогою інтерферометра - цю операцію вдавалося застосувати до дуже малій кількості зірок, і Бетельгейзе була першою.
По масі Бетельгейзе перевершує Сонце приблизно в 15 разів (від 10 до 20 - ось виміряти масу одиночній зірки це взагалі вищий пілотаж астрометрії, точніше поки не вдалося). Як же так, по діаметру в тисячу разів більше, значить, за обсягом в мільярд разів більше, а по масі всього в 15 разів, яка ж там щільність? А ось така. А якщо враховувати, що ядро зірки набагато щільніше її зовнішніх шарів, то зовнішні шари Бетельгейзе набагато розрідження всього, що ми можемо собі уявити, крім міжзоряного простору, в якесь Бетельгейзе, як і майже будь-яка зірка, переходить дуже поступово, тобто не можна точно встановити, де кінчається зірка і починається міжзоряний простір. Але тим не менше п'ятнадцять мас Сонця - це дуже багато для зірки. Тільки 120 відомих зірок важче Бетельгейзе.
У скільки ж разів Бетельгейзе перевершує Сонце по яскравості? Сто тридцять п'ять тисяч разів! Правда, це з урахуванням інфрачервоного випромінювання, а у видимому світлі приблизно в сто тисяч разів. Тобто якщо подумки помістити Бетельгейзе і Сонце на однаковій відстані, Бетельгейзе була б в сто тисяч разів яскравіша за Сонце. У списку найпотужніших відомих зірок Бетельгейзе займає приблизно двадцять п'яту позицію (приблизно, тому що точна яскравість багатьох гіпергіганти точно не відома). Якщо помістити Бетельгейзе на стандартне відстань в десять парсеків від Землі (близько 32 світлових років), то вона була б видна вдень, а вночі предмети відкидали б при її світлі тіні. Але краще її туди не поміщати, тому що випромінювання надгіганта - це така штука, на яку живим істотам краще дивитися здалеку. Схоже, що відсутність близьких надгігантів (будь-якого кольору) - одна з умов життя на Землі.
Температура поверхні Бетельгейзе - три з половиною тисячі кельвінів (ну і звичайних градусів теж близько до того). Для зірки це трохи; наше Сонце має температуру поверхні 5700 К, тобто в два рази гаряче. Тобто Бетельгейзе - це «холодна» зірка, одна з найхолодніших відомих зірок. Температура зірки визначає її колір, точніше відтінок світіння. Ті загадкові люди, які примудряються бачити зірки кольоровими, однозначно визначають колір Бетельгейзе як виражено червонуватий (див. Епіграф). Тому Бетельгейзе і називається червоним надгігантом. Не треба думати, що вона і справді яскраво-червона, як мак: швидше за поверхню її жовтувато-оранжева.
Імовірно, так виглядає поверхню Бетельгейзе.
Вище я згадала, що видимий діаметр Бетельгейзе - від 0.056 до 0.059 кутовий секунди. Такий розкид не через неточності вимірювань. А через те, що саме тіло зірки пульсує з приблизними періодом в декілька років, змінюючи і розміри, і яскравість. Логічним було б припустити, що при зменшенні розмірів яскравість зірки теж буде зменшуватися, але насправді все відбувається рівно навпаки: в мінімумі розмірів Бетельгейзе набуває максимальну яскравість. У максимумі блиску Бетельгейзе виявляється яскравіше Рігеля, зоряна величина якого 0.18, тобто найяскравішою зіркою в сузір'ї. Тому і за блиском Бетельгейзе цілком має право на позначення Альфа Оріона.
Само по собі це не дивно: розігрів зірки при стисненні - загальне місце в астрофізиці (відбувається через перехід гравітаційної потенційної енергії в кінетичну, хто знає формулювання точніше, поправте мене). Але ось чому Бетельгейзе так пульсує? Які саме процеси відбуваються у неї всередині? Цього ніхто не знає.
Недовга юність гігантської зірки
Пам'ятайте, ми говорили про те, наскільки юний Сіріус - всього 250 мільйонів років? Так ось, Бетельгейзе в порівнянні з Сіріусом дитя мале: їй всього 10 мільйонів років! Коли вона загорілася, на Землі динозаври вже давно вимерли, ссавці вже зайняли основне положення на суші, континенти вже майже прийняли свої поточні обриси, споруджувалися наймолодші гірські системи (включаючи Гімалаї). Усвідомте, що Уральські гори набагато старше Бетельгейзе!
Але на відміну від Сіріуса, який незрозуміло звідки взявся, дуже навіть зрозуміло, звідки взялася Бетельгейзе.
Оріон - унікальне сузір'я: зірки в ньому не тільки для наших очей, але і в реальності досить близькі один до одного в просторі. І за віком теж близькі. Справа в тому, що більшу частину Оріона займає гігантська туманність - Молекулярне Хмара Оріона, в якому йдуть інтенсивні процеси зореутворення (тобто це «зоряна колиска», до того ж мало не найближча до Землі). Молоді зірки розлітаються з цієї туманності на всі боки. З цих-то молодих, гарячих блакитних зірок, зразкових ровесників, порівняно недалеко відлетіли від місця свого народження, і складається Оріон.
Але якщо всі інші зірки в Оріоні гарячі до блакиті (що характерно для молодих зірок), то чому Бетельгейзе-то червона?
Тому що велика дуже.
Час життя зірки залежить від того, за скільки часу в ядрі зірки водень повністю перетворюється в гелій (народ, лікнеп про те, чому горять зірки, писати треба?) Здавалося б, чим більше і важче зірка, тим більше в ній водню, і тим довше вона повинна горіти. Але тут знову все навпаки: чим більше і важче зірка, тим більше температура у неї в ядрі і тим швидше йде там термоядерна реакція. Оскільки Бетельгейзе народилася важче і більше своїх однолітків Рігеля, Беллатрикс та інших зірок Оріона, водень у неї в ядрі горів швидше і всього за кілька мільйонів років вигорів. А після вигоряння водню в ядрі для зірки настає передсмертна стадія - перетворення в червоного гіганта. У разі Бетельгейзе, вона перетворилася в червоного надгіганта.
Тобто незважаючи на те, що за віком Бетельгейзе одна з наймолодших зірок у Всесвіті, вона вже на порозі смерті. На жаль, великі гарячі зірки живуть дуже недовго, проживши своє бурхливе життя всього за кілька мільйонів років. Відомо ще кілька червоних гіпергіганти, які вступили в останню фазу свого розвитку, але всі вони знаходяться від нас дуже далеко. Тому Бетельгейзе надає унікальну, хоча і сумну можливість, вивчення останньої фази життя зірки з порівняно близької відстані.
Відомо, що за останні 15 років Бетельгейзе скоротилася в діаметрі на 15 відсотків. Це постійне скорочення, не пов'язане з пульсаціями. Математичні моделі зірок говорять, що подібне скорочення розміру - теж ознака наближення кінця еволюції зірки.
Що буде з Бетельгейзе далі? Це вам не мирний Сіріус-Головний, нині Сіріус B, який просто тихо скинув свої червоні оболонки і перетворився на білого карлика. Маса Бетельгейзе так велика, що їй належить скинути оболонки в одному з найграндіозніших вибухів, які відомі Всесвіту - у спалаху наднових зірки.
І це буде найближча до Землі Наднова, можливо, за весь час існування Землі. Саме тому, що ближче немає і не було жодного надгіганта: надгіганти приречені закінчувати свою еволюцію у спалахах наднових, залишки наднових характерні і легко визначаються, так ось поблизу немає жодного.
Коли це буде? Бетельгейзе вибухне протягом найближчого тисячоліття. Можливо завтра.
Що залишиться від Бетельгейзе? Ні, не білий карлик - для цього вона занадто важка. Чи залишиться нейтронна зірка (пульсар) або чорна діра.
Як це вплине на життя на Землі? Швидше за все ніяк. Бетельгейзе знаходиться досить далеко від Землі, щоб жорстке випромінювання від спалаху наднових розсіялася в просторі, не досягнувши Сонячної системи, а то, що долетить, відіб'ється сонячної магнітосфери. Тільки якби вісь обертання Бетельгейзе була спрямована прямо на Землю, ось тоді жорстке гамма-випромінювання болісно вдарило б по біосфері. Але ми знаємо з Хаббловском фотографій, що вісь обертання Бетельгейзе проходить осторонь від Землі. Так що небесним феєрверком можна буде милуватися з Землі абсолютно безпечно.
Така ж доля чекає Ригель, Беллатрикс і інші яскраві зірки Оріона протягом наступних десятків мільйонів років. До перетворення в червоного надгіганта Бетельгейзе, очевидно, була такою ж гарячою блакитний зіркою, як вони. На зміну їм прийдуть молоді зірки, поки приховані від нас в глибинах Молекулярного Хмари Оріона.
Так що йдіть і дивіться на Бетельгейзе, поки вона ще світить. Небеса не за незмінний.
Інші фото зірки можна знайти тут.