Co się stanie, gdy wybuchnie Betelgeuse?

Każda gwiazda kiedyś wyczerpie paliwo w swoim jądrze, kończąc swój bieg jako naturalne źródło fuzji jądrowej we Wszechświecie. Podczas gdy gwiazdy takie jak nasze Słońce będą przekształcać wodór w hel, a następnie — pęczniejąc w czerwonego olbrzyma — hel w węgiel, istnieją inne, bardziej masywne gwiazdy, które mogą osiągnąć wystarczająco wysokie temperatury, aby dalej przekształcać węgiel w jeszcze cięższe pierwiastki. W tych intensywnych warunkach gwiazda pęcznieje do rozmiarów czerwonego supergiganta, przeznaczonego do ostatecznej supernowej po około 100 000 lat. A najjaśniejszy czerwony supergigant na całym naszym nocnym niebie? To Betelgeuse, która — jak fantastycznie wyjaśniła Jillian Scudder w 2015 roku — może przejść supernową w każdej chwili.

Szczerze mówiąc, w swojej odległości 640 lat świetlnych od nas, mogła ona przejść supernową w dowolnym momencie od XIV wieku i nadal byśmy nie wiedzieli. Betelgeuse jest jedną z dziesięciu najjaśniejszych gwiazd na niebie w świetle widzialnym, ale tylko 13% jej energii jest wykrywalne dla ludzkich oczu. Gdybyśmy mogli widzieć całe spektrum elektromagnetyczne — w tym w podczerwieni — Betelgeuse, z naszej perspektywy, przyćmiłaby każdą inną gwiazdę we Wszechświecie z wyjątkiem naszego Słońca.

Była to pierwsza gwiazda, która kiedykolwiek została rozwiązana jako coś więcej niż źródło punktowe. Przy 900-krotnym rozmiarze naszego Słońca, pochłonęłaby Merkurego, Wenus, Ziemię, Marsa, a nawet pas asteroid, gdyby miała zastąpić naszą macierzystą gwiazdę. Jest to gwiazda pulsująca, więc jej średnica zmienia się w czasie.

W dodatku, gwiazda nieustannie traci masę, ponieważ intensywne reakcje termojądrowe zaczynają wyrzucać najbardziej zewnętrzne, słabo trzymające się warstwy. Bezpośrednie obserwacje radiowe mogą faktycznie wykryć tę zdmuchniętą materię i stwierdziły, że rozciąga się ona poza odpowiednik orbity Neptuna.

Ale kiedy badamy nocne niebo, badamy przeszłość. Wiemy, że Betelgeuse, o niepewnej masie pomiędzy około 12 a 20 razy większej od masy naszego Słońca, nigdy nie była przeznaczona do bardzo długiego życia: być może tylko około 10 milionów lat. Im bardziej masywna gwiazda, tym szybciej spala swoje paliwo, a Betelgeuse spala się bardzo, bardzo jasno: z jasnością około 100 000 razy większą niż nasze Słońce. Jest ona obecnie w końcowej fazie swojego życia – jako czerwony supergigant – co oznacza, że gdy najbardziej wewnętrzne jądro zacznie topić krzem i siarkę w żelazo, nikiel i kobalt, samej gwieździe pozostaną już tylko minuty.

W tych ostatnich chwilach jądro będzie niewiarygodnie gorące, jednak żelazo, nikiel i kobalt nie będą w stanie stopić się w nic cięższego. Jest to energetycznie niekorzystne, dlatego w najbardziej wewnętrznych regionach nie będzie wytwarzane żadne nowe promieniowanie. Jednak grawitacja wciąż jest w grze, próbując wciągnąć jądro gwiazdy na siebie. Bez fuzji jądrowej, która mogłaby je utrzymać, jądro nie ma innego wyjścia i zaczyna implodować. Kurczenie się powoduje jego rozgrzanie, zagęszczenie i osiągnięcie ciśnienia, jakiego nigdy wcześniej nie widziano. A gdy minie krytyczny moment, następuje to: jądra atomowe w jądrze gwiazdy rozpoczynają gwałtowną reakcję syntezy jądrowej.

To właśnie powoduje powstanie supernowej typu II: zapadnięcie się jądra ultra-masywnej gwiazdy. Po krótkim, początkowym rozbłysku, Betelgeza rozjaśni się ogromnie w ciągu kilku tygodni, osiągając maksymalną jasność, która z natury będzie miliardy razy większa od jasności Słońca. Pozostanie ona w maksymalnej jasności przez miesiące, ponieważ radioaktywny kobalt i rozprężające się gazy powodują ciągłą emisję jasnego światła.

Supernowe występowały w naszej Drodze Mlecznej w przeszłości: między innymi w 1604, 1572, 1054 i 1006 roku, przy czym kilka z nich było tak jasnych, że były widoczne w ciągu dnia. Ale żadna z nich nie była tak blisko Betelgezy.

Odległa zaledwie o około 600 lat świetlnych Betelgeuza będzie znacznie bliżej niż jakakolwiek supernowa kiedykolwiek zarejestrowana przez ludzkość. Na szczęście wciąż jest na tyle daleko, że nie stanowi dla nas zagrożenia. Pole magnetyczne naszej planety z łatwością odchyli wszelkie energetyczne cząstki, które znajdą się na naszej drodze, a jest na tyle odległa, że docierające do nas wysokoenergetyczne promieniowanie będzie miało tak małą gęstość, że będzie miało na nas mniejszy wpływ niż banan zjedzony na śniadanie. Ale och, czyż nie wyda się ona jasna.

Nie tylko Betelgeuse będzie widoczna w ciągu dnia, ale będzie rywalizować z Księżycem o drugi najjaśniejszy obiekt na niebie. Niektóre modele „tylko” mają Betelgeuse coraz tak jasne, jak gruby półksiężyc, podczas gdy inni zobaczą go rywalizować cały Księżyc w pełni. Będzie to prawdopodobnie najjaśniejszy obiekt na nocnym niebie przez ponad rok, aż w końcu zaniknie i stanie się ciemniejszy.

Niestety, na kluczowe pytanie „kiedy” nie znamy odpowiedzi; tysiące innych gwiazd w Drodze Mlecznej może przejść supernową zanim Betelgeuse to zrobi. Dopóki nie stworzymy superpotężnego teleskopu neutrinowego, który będzie w stanie zmierzyć widmo energetyczne neutrin generowanych przez gwiazdę taką jak Betelgeuse, oddaloną o setki lat świetlnych, nie będziemy wiedzieć, jak blisko jest ona wybuchu supernowej. Mogłaby już eksplodować, a światło z kataklizmu byłoby już w drodze do nas… albo mogłaby się nie różnić od dzisiejszej przez kolejne sto tysięcy lat.