BETELGEUZE: KENMERKEN, VORMING, STRUCTUUR EN SAMENSTELLING - ARTE - 2025

Betelgeuze is de alfa-ster van het sterrenbeeld Orion en wordt daarom ook wel alfa-Orionis genoemd. Het is een ster van het rode superreus-type, de sterren met het grootste volume, maar niet noodzakelijk de meest massieve.

Ondanks dat het de alfa-ster van Orion is, is Betelgeuze op het eerste gezicht niet de helderste in het sterrenbeeld, aangezien Rigel -beta Orionis- degene is die het meest opvalt. In het infrarode en bijna rode spectrum is Betelgeuze echter het helderste, een feit dat rechtstreeks verband houdt met de oppervlaktetemperatuur.

Figuur 1. Sterrenbeeld Orion en vier van zijn belangrijkste sterren, waaronder Betelgeuze. Bron: Pixabay.

Vanwege zijn grote helderheid is deze ster zeker al sinds de oudheid door de eerste mensen waargenomen. In volgorde van helderheid is het meestal de tiende helderste aan de nachtelijke hemel en, zoals we al zeiden, de tweede in helderheid in het sterrenbeeld Orion.

Chinese astronomen in de 1e eeuw beschreven Betelgeuze als een gele ster. Maar andere waarnemers zoals Ptolemaeus noemden het oranje of roodachtig. Veel later, in de 19e eeuw, merkte John Herschel op dat de helderheid variabel is.

Wat er gebeurt, is dat alle sterren evolueren, daarom verandert hun kleur in de loop van de tijd, omdat het gas en stof uit de meest oppervlakkige lagen verdrijft. Dit verandert ook de helderheid.

Algemene karakteristieken

Betelgeuze is het karakteristieke voorbeeld van een rode superreus, die wordt gekenmerkt door een spectraaltype K of M en helderheidstype I.

Het zijn lage temperatuursterren; In het geval van Betelgeuze wordt berekend dat het rond de 3000 K ligt. Temperatuur en kleur zijn gerelateerd, bijvoorbeeld een stuk heet strijkijzer is roodgloeiend, maar als de temperatuur stijgt wordt het wit.

Ondanks dat het slechts 8 miljoen jaar oud is, is Betelgeuze snel geëvolueerd uit de hoofdreeks, omdat de nucleaire brandstof op is en is opgezwollen tot zijn huidige afmetingen.

Deze reuzensterren hebben ook een variabele helderheid. In de afgelopen jaren is de helderheid ervan afgenomen, wat de wetenschappelijke gemeenschap zorgen baarde, hoewel het recentelijk aan het herstellen is.

Dit zijn de belangrijkste kenmerken:

- Afstand : tussen 500 en 780 lichtjaar.

- Massa : tussen 17 en 25 zonsmassa's.

- Radius : tussen 890 en 960 zonnestralen.

- Helderheid : tussen 90.000 tot 150.000 zonne-helderheid.

- Staat van evolutie : rode superreus.

- Schijnbare magnitude : +0,5 (zichtbaar) -3,0 (infrarood J-band) -4,05 (infrarood K-band).

- Leeftijd : tussen 8 en 10 miljoen jaar.

- Radiale snelheid : +21,0 km / s

Betelgeuze behoort tot de spectrale klasse M, wat betekent dat de temperatuur van zijn fotosfeer relatief laag is. Het is geclassificeerd als type M1-2 Ia-ab.

In het Yerkes-diagram van spectrale classificatie betekent het achtervoegsel Ia-ab dat het een superreus is met een tussenliggende helderheid. Het lichtspectrum van Betelgeuze wordt gebruikt als referentie voor de classificatie van andere sterren.

De diameter van Betelgeuze wordt geschat op 860 tot 910 miljoen kilometer en het was de eerste ster waarvan de diameter werd gemeten door middel van interferometrie. Deze diameter is vergelijkbaar met die van de baan van Jupiter, maar het is niet de grootste van de rode superreuzen.

Ondanks zijn grote afmeting is hij slechts 10 tot 20 keer zo zwaar als onze zon. Maar zijn massa is groot genoeg om zijn sterevolutie snel te laten verlopen, aangezien de levensduur van een ster het omgekeerde is van de vierkant van zijn massa.

Vorming en evolutie

Betelgeuze begon, net als alle sterren, als een enorme wolk van waterstofgas, helium en kosmisch stof met andere chemische elementen, die zich condenseerde rond een centraal punt en de massadichtheid toenam.

Er zijn aanwijzingen dat dit het geval is bij het vormen van sterclusters, die zich meestal bevinden in nevels die bestaan ​​uit koude, schaarse interstellaire materie.

Figuur 2. IC396-nevel met talrijke sterren in de vormingsfase. De opname is in infrarood gemaakt, aangezien het zichtbare spectrum wordt geabsorbeerd door de nevel. Bron: NASA / Spitzer.

De vorming van een ster, zijn leven en zijn dood, is een eeuwige strijd tussen:

• De aantrekkingskracht, die de neiging heeft om alle materie op een bepaald punt en
• De individuele kinetische energie van elk deeltje, dat samen de druk uitoefent die nodig is om te ontsnappen en uit te zetten vanuit het aantrekkingspunt.

Terwijl de oorspronkelijke wolk naar het midden krimpt, vormt zich een protoster die straling begint uit te zenden.

De aantrekkingskracht van de zwaartekracht zorgt ervoor dat de atoomkernen kinetische energie krijgen, maar wanneer ze worden gestopt in het dichtste centrum van de protoster, zenden ze elektromagnetische straling uit en beginnen ze zo te schijnen.

Wanneer het punt is bereikt waarop de waterstofkernen zo dicht opeengepakt zitten en voldoende kinetische energie verwerven om elektrostatische afstoting te overwinnen, begint de sterke aantrekkingskracht te werken. Dan vindt de fusie van de kernen plaats.

Bij kernfusie van waterstofkernen worden helium- en neutronenkernen gevormd, met enorme hoeveelheden kinetische energie en elektromagnetische straling. Dit komt door het verlies van massa bij de kernreactie.

Dit is het mechanisme dat de zwaartekrachtscompressie van een ster tegengaat, door middel van kinetische druk en stralingsdruk. Zolang de ster zich in dit evenwicht bevindt, wordt er gezegd dat hij in de hoofdreeks staat.

Het rode reuzenpodium

Het hierboven beschreven proces duurt niet eeuwig, althans voor zeer zware sterren, aangezien waterstof wordt omgezet in helium, de brandstof uitgeput raakt.

Op deze manier neemt de druk die de gravitationele ineenstorting tegengaat af en daarom wordt de kern van de ster verdicht, terwijl de buitenste laag uitzet en een deel van de deeltjes, de meest energetische, de ruimte in ontsnappen en een stofwolk rond de ster.

Wanneer dit gebeurt, is de staat van rode reus bereikt en dit is het geval van Betelgeuze.

Figuur 3. Betelgeuze, een rode superreus ter grootte van 800 zonnen tot 130 parsec in het sterrenbeeld Orion, toont zijn stellaire schijf. (Bron: HST).

Bij stellaire evolutie bepaalt de massa van de ster de tijd van leven en dood.

Een superreus als Betelgeuze heeft een korte levensduur en passeert zeer snel de hoofdreeks, terwijl de minder massieve rode dwergen miljoenen jaren lang bescheiden gloeien.

Betelgeuze wordt geschat op 10 miljoen jaar oud en wordt geacht zich in de laatste fase van zijn evolutionaire cyclus te bevinden. Men denkt dat over ongeveer 100.000 jaar zijn levenscyclus zal eindigen met een grote supernova-explosie.

Structuur en samenstelling

Betelgeuze heeft een dichte kern omgeven door een mantel en een atmosfeer, die 4,5 keer de diameter van de baan van de aarde heeft. Maar in 2011 werd ontdekt dat de ster omgeven is door een enorme nevel van materiaal dat van hemzelf afkomstig is.

De nevel die Betelgeuse omringt, strekt zich 60 miljard kilometer uit vanaf het oppervlak van de ster, dit is 400 keer de baanradius van de aarde.

In hun laatste fase stoten de rode reuzen materiaal in de omringende ruimte, een enorme hoeveelheid in relatief korte tijd. Betelgeuze wordt geschat op het equivalent van de massa van de zon in slechts 10.000 jaar. Dit is slechts een moment in geweldige tijd.

Hieronder ziet u een afbeelding van de ster en zijn nevel, verkregen met de VLT-telescoop in Cerro Paranal, Antofagasta, Chili door ESO (European Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere).

In de figuur is de centrale rode cirkel eigenlijk de ster Betelgeuze, met een diameter van vier en een half keer de baan van de aarde. Dan komt de zwarte schijf overeen met een zeer helder gebied dat werd gemaskeerd om ons in staat te stellen de nevel rond de ster te zien, die zich, zoals gezegd, tot 400 keer de baanradius van de aarde uitstrekt.

Deze opname is gemaakt in het infraroodbereik en gekleurd zodat de verschillende regio's zichtbaar kunnen zijn. Blauw komt overeen met de kortste golflengten en rood met de langste.

Figuur 4. De kleine rode cirkel in het midden is de ster Betelgeuze, de zwarte cirkel is de maskering van een extreem helder gebied. Rondom de zwarte cirkel kun je de nevel zien die is samengesteld uit het materiaal dat door de ster wordt uitgeworpen. (Bron: ESO-VLT)

De elementen die aanwezig zijn in Betelgeuze

Zoals alle sterren bestaat Betelgeuze voornamelijk uit waterstof en helium. Omdat het echter een ster is in zijn laatste fasen, begint het van binnen andere zwaardere elementen uit het periodiek systeem te synthetiseren.

Waarnemingen van de nevel rond Betelgeuze, bestaande uit materiaal dat door de ster wordt geworpen, duiden op de aanwezigheid van silicastof en aluminiumoxide. Dit materiaal is wat de meeste rotsachtige planeten vormt, zoals de aarde.

Dit vertelt ons dat er in het verleden miljoenen sterren bestonden die vergelijkbaar waren met Betelgeuze, die het materiaal vormden waaruit de rotsachtige planeten van ons zonnestelsel, inclusief de aarde, bestaan.

Betelgeuze verzwakking

De laatste tijd is Betelgeuze nieuws in de internationale pers, aangezien begin oktober 2019 het licht aanzienlijk begon te dimmen, in slechts een paar maanden.

Zo is voor januari 2020 de helderheid met een factor 2,5 afgenomen. Op 22 februari 2020 stopte het echter met dimmen en begon het zijn helderheid terug te krijgen.

Dit verwijst naar het zichtbare spectrum, maar in het infraroodspectrum is de helderheid de afgelopen 50 jaar redelijk stabiel gebleven, waardoor astronomen denken dat het geen lichtvariatie is zoals die in de fasen die leiden tot een supernova-explosie.

Integendeel, het gaat om de opname en verspreiding van de zichtbare band van het elektromagnetische spectrum, door de stofwolk die de ster zelf heeft verdreven.

Deze stofwolk is transparant voor infrarood, maar niet voor het zichtbare spectrum. Blijkbaar beweegt de dikke stofwolk rond de ster zich er snel van af, dus de schouder van Orion, de mythologische jager, zal zeker veel langer in de lucht blijven.

Referenties

1. Astronoo. Betelgeuze. Hersteld van: astronoo.com.
2. Pasachoff, J. 2007. De kosmos: astronomie in het nieuwe millennium. Derde editie. Thomson-Brooks / Cole.
3. Seeds, M. 2011. Foundations of Astronomy. Zevende editie. Cengage leren.
4. Open raam. Massa-helderheid relatie. Hersteld van: media4.obspm.fr
5. Wikipedia. Betelgeuze. Hersteld van: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Orion OB1 stellaire associatie. Hersteld van: es.wikipedia.com