Οι αρχαίοι αστρολόγοι είδαν τον Betelgeuse να λάμπει με διαφορετικό χρώμα
Όταν ο Sima Qian, έπαρχος μεγαλογράφος αστρολόγος της πρώιμης δυναστείας Χαν της Κίνας, κοίταξε τον αστερισμό του Ωρίωνα λίγο περισσότερο από 2.000 χρόνια πριν, δεν είδε το λαμπρό κατακόκκινο αστέρι στον δεξιό ώμο του κυνηγού που γνωρίζουμε σήμερα ως Betelgeuse. Σύμφωνα με μια αστρονομική πραγματεία που συνέταξε, εκείνη την εποχή, ο ώμος του Ωρίωνα σημαδεύτηκε από ένα κίτρινο αστέρι. Εάν οι παρατηρήσεις του Sima Qian ήταν σωστές, υποδηλώνουν ότι αστρονόμοι από την αρχαιότητα είχαν δει τον Betelgeuse κατά τη διάρκεια ενός βαθύ αστροφυσικού μετασχηματισμού—μετασχηματισμού που έχει σημαντικές συνέπειες για την εξέλιξη και τον τελικό θάνατο του άστρου.
Το αρχείο του Sima Qian είναι ένα από μια σειρά αρχαίων παρατηρήσεων που μπορεί να καθορίσουν την ηλικία του Betelgeuse σε περίπου 10 εκατομμύρια χρόνια και τη συνολική μάζα του σε περίπου 14 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο μας. Τόσο η μάζα όσο και το χρώμα είναι ζωτικής σημασίας για τον προσδιορισμό του πώς θα εκτυλιχθεί η μελλοντική εξέλιξη ενός αστεριού. Οι αλλαγές χρώματος τις τελευταίες χιλιετίες υποδηλώνουν ότι το αστέρι έχει άλλα εκατομμύρια χρόνια περίπου πριν καταρρεύσει και στη συνέχεια εκραγεί ως σουπερνόβα, σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Ιούλιο στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Όποιο χρώμα κι αν ήταν κάποτε ο Betelgeuse, αυτό που είναι σίγουρο τώρα είναι ότι το αστέρι είναι καθαρά κόκκινο. Αυτό συμβαίνει επειδή οι αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης που κάνουν τον Betelgeuse να λάμπει έχουν κάψει σχεδόν όλο το υδρογόνο στον πυρήνα του. Ο Betelgeuse τώρα καίει περισσότερο ήλιο ως καύσιμο, πλούσιο σε ενέργεια, και τα εξωτερικά του στρώματα έχουν γίνει κατακόκκινα και φουσκωμένα από την επιπλέον θερμότητα. Έχει γίνει ένας κόκκινος γίγαντας τόσο τεράστιος που, αν αντικαθιστούσε τον ήλιο μας, η διογκωμένη ατμόσφαιρά του θα τύλιξε όλους τους πλανήτες μέχρι τον Δία.
Για να συμπεράνουν το χρώμα του Betelgeuse στο πέρασμα των αιώνων, οι συγγραφείς της μελέτης στράφηκαν σε αρχεία από ιστορικούς, αστρονόμους και αστρολόγους σε όλο το βόρειο ημισφαίριο από την αρχαιότητα μέχρι την ανάπτυξη του τηλεσκοπίου. Το αποτέλεσμα είναι μια μοναδική γραμμή χρόνου 2.000 ετών της εξέλιξης του άστρου που παρακολουθεί την εξέλιξή του από ένα κίτρινο αστέρι που καίει υδρογόνο κάπως παρόμοιο με τον ήλιο μας στον κόκκινο γίγαντα που γνωρίζουμε σήμερα.
Είναι δύσκολο να πιάσεις ένα αστέρι μέσα σε αυτή τη μεταμόρφωση, η οποία, στη γλώσσα των αστρονόμων, είναι γνωστή ως «διαπέρασμα του χάσματος Hertzsprung». Όσον αφορά τις αστρικές ζωές, τέτοια επεισόδια είναι φευγαλέα. Ένα αστέρι μπορεί να λάμπει για δεκάδες δισεκατομμύρια χρόνια και να περάσει το χάσμα Hertzsprung σε μερικές χιλιάδες. Αυτό είναι πρακτικά στιγμιαίο σε κοσμική κλίμακα, αλλά για τα ανθρώπινα όντα, παραμένει ένα τεράστιο χρονικό διάστημα. Τα αστέρια μπορούν να ταλαντεύονται εμπρός και πίσω σε όλο το χάσμα σε χρονικές κλίμακες χιλιετίας, προσφέροντας περισσότερες ευκαιρίες στους παρατηρητές να παρακολουθήσουν τη μετάβαση. Αλλά κάθε διέλευση ξεπερνάει ακόμα πολύ τη μακροζωία οποιουδήποτε αστρονόμου—και των περισσότερων κοινωνιών, για εκείνο το θέμα.
«Σύγχρονες οργανικές μετρήσεις [έχουν] ληφθεί εδώ και περίπου 100 χρόνια περίπου. τηλεσκοπικές παρατηρήσεις [υπήρχαν] εδώ και περίπου 400 χρόνια», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και αστροφυσικός Ralph Neuhäuser του Αστροφυσικού Ινστιτούτου και του Πανεπιστημιακού Παρατηρητηρίου στο Πανεπιστήμιο Friedrich Schiller της Jena στη Γερμανία. "Για οτιδήποτε [διαρκεί] περισσότερο ή εξελίσσεται πιο αργά, άλλα [είδος] δεδομένων - π.χ. ιστορικά δεδομένα - είναι σημαντικά."
Η παρακολούθηση ιστορικών παρατηρήσεων και η σωστή ερμηνεία των σημασιών των λέξεων μεταξύ πολιτισμών και αιώνων είναι μερικές μόνο από τις προκλήσεις που αντιμετώπισαν ο Neuhäuser και οι συνάδελφοί του. Εξέτασαν επίσης την επίδραση της σκόνης στην ατμόσφαιρα της Γης και στο διαστρικό διάστημα που μπορεί να αλλάξει το χρώμα του αστρικού φωτός που διέρχεται. Αναλογίστηκαν ακόμη και πώς η ανατομική δομή του ανθρώπινου ματιού επηρεάζει την αντίληψη των χρωμάτων. Ωστόσο, υπάρχει σημαντική αβεβαιότητα στην ανάλυση, λέει η αστρονόμος Στέλλα Κάφκα της Αμερικανικής Μετεωρολογικής Εταιρείας, η οποία δεν είχε σχέση με τη μελέτη.
«Οι υποθέσεις που κάνουν έχουν να κάνουν με το πώς ορίζουμε τα διαφορετικά χρώματα», λέει ο Κάφκα. Σε προηγούμενες εποχές, οι παρατηρητές δεν είχαν πρότυπα για τη μέτρηση του χρώματος των αστεριών όπως οι τεχνικές βαθμονόμησης υψηλής ακρίβειας που χρησιμοποιούνται σήμερα. "[Στη νέα μελέτη] συνδέουν λέξεις και περιγραφές των χρωμάτων κόκκινο, πορτοκαλί και κίτρινο με την κατανομή των χρωμάτων στους [τρέχοντες αστρονομικούς καταλόγους]."
Για τη μελέτη, μεταξύ των πιο πολύτιμων αρχαίων παρατηρήσεων ήταν εκείνες που συνέκριναν τον Betelgeuse με άλλα αντικείμενα στον νυχτερινό ουρανό που εμφανίζουν χρώματα που πιστεύεται ότι είναι πιο σταθερά στο χρόνο. Για παράδειγμα, γύρω στην αρχή της πρώτης χιλιετίας, ο Γάιος Ιούλιος Υγίνος, βιβλιοθηκάριος του Ρωμαίου αυτοκράτορα Αυγούστου, παρατήρησε ότι ο Μπετελγκέζ ήταν ένα κίτρινο χρώμα συγκρίσιμο με τον Κρόνο.
Περισσότερα έμμεσα στοιχεία προέρχονται από την εμφανή απουσία του Betelgeuse από τους καταλόγους των ερυθρών αστεριών στην αρχαιότητα. Ο Έλληνας πολυμαθής Πτολεμαίος, για παράδειγμα, σημείωσε κόκκινα αστέρια ορατά με γυμνό μάτι στην πραγματεία του για την αστρολογία του δεύτερου αιώνα, αλλά ο Betelgeuse δεν συμπεριλήφθηκε. Λαμβάνοντας υπόψη ότι είναι ένα από τα φωτεινότερα και πιο κόκκινα αστέρια στον ουρανό τώρα, η παράλειψη υποδηλώνει ότι δεν ήταν κόκκινο στην εποχή του Πτολεμαίου. Σε άλλη γραφή, περιέγραψε το αστέρι ως «υπόκυρρος, Μια ελληνική λέξη που σημειώνουν οι συγγραφείς της νέας μελέτης έχει ερμηνευτεί από διάφορους μελετητές ότι σημαίνει οτιδήποτε, από ανοιχτό κίτρινο έως κοκκινωπό.
Οι ερευνητές ξέθαψαν επίσης αρχαία αρχεία για 235 άλλα αστέρια, συμπεριλαμβανομένου ενός άλλου κόκκινου γίγαντα που μοιάζει πολύ με τον Betelgeuse σήμερα - το αστέρι του νότιου ουρανού Antares. Κινεζικές επιγραφές που χρονολογούνται στο 1300 π.Χ. καταγράψτε το Antares ως κόκκινο σαν τον Άρη—μια σύγκριση που εμφανίζεται ξανά και ξανά σε όλο το βόρειο ημισφαίριο και στις επόμενες εποχές.
«Για το Antares, από το γεγονός ότι δεν άλλαξε χρώμα από τη δεύτερη χιλιετία [π.Χ.Ε.], συμπεραίνουμε ότι βρίσκεται είτε στη δεύτερη είτε στην τρίτη διάβαση [χάσμα Hertzsprung]», λέει ο Neuhäuser. Αν είναι στο δεύτερο πέρασμά του, λέει, ο Antares έχει μάζα περίπου 13 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο μας. Διαφορετικά, είναι πιθανό να είναι 15 ή 16 φορές η μάζα του ήλιου. Σε κάθε περίπτωση, η ιστορική συνέπεια στις περιγραφές ενός κόκκινου Antares ενισχύει την περίπτωση που ο Betelgeuse έμοιαζε διαφορετικός —και σχεδόν σίγουρα λιγότερο κόκκινος— πριν από χιλιάδες χρόνια.
Παρά τις εγγενείς προκλήσεις της συλλογής και της ερμηνείας των αρχαίων παρατηρήσεων, σε αστρονόμους όπως ο Frederick Walter του Πανεπιστημίου Stony Brook, ο οποίος δεν ήταν συνδεδεμένος με τη μελέτη, οι ιστορικές χρονικές γραμμές προσφέρουν πολύτιμη συμβολή στη σύγχρονη έρευνα και στην κατανόηση των άστρων σε μετάβαση. P>
«Ως αστρονόμοι, παρατηρούμε μόνο ένα στιγμιότυπο στο χρόνο», λέει ο Walter. «Το επιστημονικό αρχείο πηγαίνει πίσω μερικές εκατοντάδες χρόνια και το ιστορικό αρχείο μπορεί να ωθηθεί σε μερικές χιλιετίες, αν και με τεράστιες αβεβαιότητες. Κάθε φορά που μπορούμε να συλλέξουμε αστρονομικές πληροφορίες από το ιστορικό αρχείο, πρέπει να το λάβουμε υπόψη σοβαρά."
Για τον Neuhäuser και τους συνεργάτες του, το να διακρίνουν μια αρχαία αλλαγή στο χρώμα ενός αστεριού ήταν μόνο το πρώτο βήμα. Στη συνέχεια, τροφοδότησαν τα ιστορικά δεδομένα τους που είχαν κερδίσει με κόπο σε μοντέλα τελευταίας τεχνολογίας που προσομοιώνουν την εξέλιξη των άστρων που διασχίζουν το χάσμα Hertzsprung.
Λαμβάνοντας υπόψη την κατάσταση του Betelgeuse σήμερα, ο Neuhäuser λέει, «η ιστορική αλλαγή του χρώματός του από κίτρινο-πορτοκαλί πριν από περίπου δύο χιλιετίες σε κόκκινο τώρα θα περιόριζε τη μάζα του σε περίπου 14 [πλάσια της μάζας του ήλιου]». Δεν υπάρχει αμφιβολία μεταξύ των αστροφυσικών ότι το αστέρι θα εκραγεί τελικά ως σουπερνόβα. Αλλά η εκτιμώμενη αστρική μάζα που έχει προκύψει από τη μελέτη του Neuhäuser υποδηλώνει ότι ο Betelgeuse απέχει ακόμη περισσότερα από ένα εκατομμύριο χρόνια από αυτό το εκρηκτικό τέλος. Είναι μια προβολή που ο Neuhäuser λέει ότι είναι λίγο μεγαλύτερη από την προθεσμία περίπου 100.000 ετών για σουπερνόβα που άλλες μελέτες έχουν προβλέψει για το αστέρι.
Για τον Κάφκα, εκτός από τη δυσκολία να αποδοθούν ποσοτικές τιμές σε ποιοτικές περιγραφές του χρώματος, οι άλλες μεγάλες αβεβαιότητες της μελέτης προκύπτουν από την υδραργυρική φύση του Betelgeuse, του Antares και άλλων ηλικιωμένων, ογκωδών αστέρων.
«Ο Betelgeuse είναι ένα μεταβλητό αστέρι. Αλλάζει με το χρόνο…, και ο Antares είναι επίσης μεταβλητός, αλλά δεν γνωρίζουμε επίσης τους κύκλους», λέει ο Κάφκα. "Αν ο Betelgeuse και ο Antares βρίσκονται σε δύο διαφορετικά στάδια του κύκλου τους..., τότε είναι λίγο δύσκολο να τους συγκρίνουμε" για να συμπεράνουμε τις μακροπρόθεσμες αλλαγές που έχει βιώσει ο καθένας.
Ο Κάφκα θα ήθελε επίσης να δει πιο ακριβείς ημερομηνίες για τα αρχαία αρχεία - ένα έργο πιο κατάλληλο για αρχαιολόγους και ιστορικούς παρά για αστρονόμους. Ωστόσο, γενικά, βρίσκει το εύρος της μελέτης εντυπωσιακό και επαινεί τη γνώση για τον Betelgeuse που έχουν επιτύχει ο Neuhäuser και η ομάδα του.
«Είναι ένα όμορφο χαρτί», λέει. "Η αναγνώριση του Betelgeuse ή ακόμα και του Antares ως μέλη αυτής της πολύ μοναδικής τάξης θα ήταν θεαματικό."
