De plotselinge – enorme – afname in helderheid is waarschijnlijk het resultaat van gigantische zonnevlekken.

De afgelopen maanden zijn astronomen in de ban van één van de helderste sterren aan de nachtelijke hemel: de nabije rode superreus Betelgeuze. Hoewel deze befaamde, roodkleurige ster namelijk normaal gesproken bijzonder fel schijnt, was de helderheid sinds oktober bijzonder rap afgezwakt. Verschillende verklaringen passeerden al de revue. Want stond de ster misschien op ontploffen? Of Is ie momenteel gewoon wat stoffig? Geen van beide, zo stelt nieuw onderzoek. Nee, het dimmen van de ster is het resultaat van… zonnevlekken.

Wat is er aan de hand?
De ster Betelgeuze staat op zo’n 600 lichtjaar afstand van de aarde. Desalniettemin is de ster op heldere avonden gemakkelijk te zien; hij is namelijk behoorlijk fel. Bovendien onderscheidt Betelgeuze zich duidelijk van andere sterren door de rode kleur die hij heeft. De afgelopen maanden kwam de ster in opspraak doordat zijn helderheid rap afnam. Hoewel rode reuzen regelmatig variaties in helderheid vertonen, kwam de opvallende afname van de helderheid van Betelgeuze voor astronomen echt als een verrassing. Op 7 december was de helderheid afgenomen tot een magnitude van +1.12. En halverwege februari had Betelgeuze zelfs nog maar 36% van zijn normale helderheid. Een enorme afname die zelfs met het blote oog opvalt. Nog niet eerder had Betelgeuze in de meer dan 25 jaar dat astronomen de ster monitorden, zo’n beperkte helderheid gehad. Dit fenomeen werd ook nog eens prachtig vastgelegd op unieke beelden van de Very Large Telescope.

Even waren de verwachtingen hooggespannen en hoopten astronomen dat de ster binnenkort zou gaan ontploffen. Hoewel de ster namelijk nog jong is (de ster is ongeveer 8 miljoen jaar oud, onze zon heeft een leeftijd van ongeveer 4,5 miljard jaar), is hem geen lang leven meer beschoren en zal hij ‘spoedig’ sterven. Dat komt omdat hij in rap tempo zijn brandstof opmaakt. Zonder die brandstof – oftewel bron van energie – kan de ster niet meer opboksen tegen de zwaartekracht en stroomt een deel van de eigen massa richting de kern. Die kern wordt zwaarder en zwaarder en is uiteindelijk gedoemd om ineen te storten. Het resultaat is een gigantische explosie: een supernova. Naar verwachting zal deze zelfs op klaarlichte dag vanaf de aarde te bewonderen zijn. Wanneer dit staat te gebeuren? Ergens in de komende 100.000 jaar. Het kan dus nog tienduizenden jaren duren, maar bij wijze van spreken ook al morgen zijn.


Stoffig
Hoewel velen graag de ster hadden zien exploderen, nam de helderheid van Betelgeuze eind februari ineens weer toe. Het betekende dat er waarschijnlijk een andere oorzaak voor de mysterieuze afname van de helderheid moest zijn. Begin maart formuleerden astronomen een geloofwaardige hypothese: de ster had stof geproduceerd dat tussen ons en de ster in hing en een deel van het sterlicht tegenhield, waardoor het leek alsof de helderheid van Betelgeuze afnam. “We zien het voortdurend bij rode superreuzen en het is een normaal onderdeel van hun levenscyclus,” zei onderzoeker Emily Levesque destijds. Maar ook deze theorie veegt een nieuw onderzoeksteam nu van tafel.

Golflengten
De onderzoekers bestudeerden Betelgeuze met behulp van de Atacama Pathfinder Experiment (APEX) en de James Clerk Maxwell-telescoop (JCMT). Deze telescopen meten straling uit het spectrale bereik van submillimeter-golven (terahertzstraling). Deze golflengten zijn duizend keer groter dan die van zichtbaar licht. Astronomen gebruiken deze methode om interstellair stof te bestuderen. Want vooral koel stof gloeit op deze golflengten. “Wat ons verraste, was dat Betelgeuze zelfs in submillimetergolflengten 20 procent donkerder werd,” vertelt onderzoeker Steve Mairs. En de ervaring leert dat dergelijk gedrag niet overeenkomt met de aanwezigheid van stof. Voor een grondigere evaluatie berekenden de onderzoekers wat de invloed van stof zou zijn op metingen binnen dit spectrale bereik. En hieruit blijkt dat een afname van de helderheid in submillimetergolflengten niet kan worden toegeschreven aan een toename van stof. En dus sluiten de onderzoekers uit dat stof de oorzaak was voor het dimmen van de ster.

Zonnevlekken
Wat de afname in helderheid dan wel veroorzaakte? Mogelijk temperatuurschommelingen in de fotosfeer. En dergelijke temperatuurveranderingen zijn het resultaat van gigantische zonnevlekken. Fysische wetten vertellen ons dat de helderheid van een ster afhangt de diameter, maar vooral van de oppervlaktetemperatuur. Als de grootte van een ster afneemt, neemt dus ook de helderheid in alle golflengten evenredig af. Temperatuurveranderingen beïnvloeden echter de straling die langs het elektromagnetische spectrum wordt uitgezonden. Volgens de onderzoekers is de gemeten afname in helderheid van Betelgeuze dus een bewijs van een daling van de gemiddelde oppervlaktetemperatuur. “Een onevenredige temperatuurverdeling is het meest waarschijnlijk,” legt onderzoeker Peter Scicluna uit. “Afbeeldingen van Betelgeuze uit december 2019 laten gebieden met een verschillende helderheid zien. Dit is een duidelijke indicatie van enorme zonnevlekken die tussen de 50 en 70 procent van het zichtbare oppervlak bedekken en een lagere temperatuur hebben dan de helderdere fotosfeer.”


Deze afbeeldingen van Betelgeuze tonen de verdeling van de helderheid in zichtbaar licht op het oppervlak vóór en tijdens de afname in helderheid. Vanwege de onevenredigheid concluderen de auteurs dat er mogelijk enorme zonnevlekken op Betelgeuze voorkomen. Afbeelding: ESO/M. Montargès et al.

Zonnevlekken komen veel voor bij gigantische sterren, al is de waargenomen schaal op Betelgeuze ongekend. Wat we weten is dat onze zon een cyclus heeft van elf jaar die gekenmerkt wordt door een zonneminimum – een periode waarin de zon heel rustig is en weinig zonnevlekken en zonnevlammen genereert – en een zonnemaximum, waarin de ster juist veel actiever is. Of gigantische sterren een vergelijkbaar mechanisme kennen, is onbekend. “Waarnemingen in de komende jaren zullen ons leren of de sterke afname van de helderheid van Betelgeuze verband houdt met zo’n cyclus,” zegt Dharmawardena. “Betelgeuze zal dan ook een spannend object blijven.”