jasno — tisk
čas výtisku: 2020–02–17 | 01:09 UTC
publikováno: 2020–01–24 | 08:31 UTC
autor článku: Ethan Siegel
Astrofyzika: Co skutečně uvidíme, až Betelgeuse exploduje jako supernova?
Betelgeuse, hvězda známá též jako Alfa Orionis, je jedna z největších a nejjasnějších známých hvězd. Jde o polopravidelnou (pulsující) proměnnou hvězdu typu červený veleobr spektrální třídy M 1-2.

Hvězdy na noční obloze, obvykle statické a příliš neměnné, mají mezi sebou v současné době výjimku. Betelgeuse, červený veleobr, který tvoří jedno z „ramen“ souhvězdí Orion, nejen kolísá v jasnosti, ale i tlumí svůj jas způsobem, který lidé předtím nikdy neviděli. Jedna z 10 nejzářivějších hvězd na obloze má nyní pouze jas srovnatelný s hvězdami na Orionově pásu. A její záře se nadále ztlumuje.

Neexistuje žádný vědecký důvod se domnívat, že Betelgeuse exploduje zrovna dnes (může vybuchnout kdykoliv během následujících asi 100 000 let), ale řada z nás – včetně velkého počtu profesionálních a amatérských astronomů – doufá, že uvidí pouhým okem první výbuch supernovy od roku 1604. Ačkoli pro nás nebude exploze představovat žádné nebezpečí, bude to velkolepé divadlo.

.
Co se tedy odehraje a co uvidíme zde na Zemi?

Právě teď je hvězda Betelgeuse neuvěřitelně obrovská, nepravidelně tvarovaná a má nerovnoměrnou povrchovou teplotu. Nachází se ve vzdálenosti přibližně 640 ly od nás a je o více než 2 000 K chladnější než naše Slunce. Je ale také mnohem větší než Slunce. Při přibližně 900násobném poloměru Slunce zabírá přibližně 700 000 000krát větší objem prostoru než naše Slunce. Pokud by měla hvězda Betelgeuse nahradit naše Slunce v jeho pozici, pohltila by Merkur, Venuši, Zemi, Mars, pás asteroidů, a dokonce i Jupiter!

Kolem Betelgeuse jsou navíc také rozšířena obrovská mračna jejího materiálu, který z ní unikl během několika posledních desítek tisíc let: hmota a plyn, které pro představuje dosahují dále než orbita Neptunu kolem našeho Slunce. Postupem času, jak se nevyhnutelně přibližuje exploze supernovy, se bude Betelgeuse nadále zbavovat hmoty, bude se dále rozpínat, chaoticky se rozjasní a rozžhaví a ve svém jádru bude spalovat postupně těžší prvky.

I když ve hvězdě dochází ke 3-alfa reakci, kdy se helium přeměňuje na uhlík, který se dále fúzně přemění na neon, neon na kyslík a kyslík na křemík, my nezachytíme žádné přímo pozorovatelné známky těchto postupných událostí. Rychlost fúze v jádře a produkce energie se bude měnit, ale naše možnost detekovat, jak to ovlivňuje fotosféru a chromosféru hvězdy - části, které můžeme pozorovat – není dostatečná na to, abychom mohli vyvozovat zcela konkrétní závěry.

V určitém kritickém okamžiku ve vývojovém procesu hvězdy dojde však spalování křemíku uvnitř jádra ke svému konci a poté tlak hluboko uvnitř Betelgeuse prudce klesne. Protože tento tlak byl jedinou věcí, která chrání hvězdu před gravitačním kolapsem, začne se s jeho poklesem vnitřní jádro složené z prvků jako železo, kobalt a nikl, rychle hroutit do sebe.

Je obtížné si něco takového vůbec představit: hvězdný objekt, který tvoří asi až 20 hmotností Slunce, rozprostřený až do objemu Jupiterovy orbity, objekt, jehož vnitřní jádro je srovnatelné s velikostí Slunce a je hmotnější než Slunce, se náhle začne promptně zhroutit. Jak gravitační síla přitahuje vše do středu, je vyvažována tlakem záření vycházejícím z jaderné fúze v nitru. Tyto síly drží tvar hvězdy. Později bude tato fúze (a tedy i tlak) najednou pryč a bez překážek pak dojde k vnitřnímu kolapsu hvězdy.

Nejvnitřnější atomová jádra – hustý soubor železa, niklu, kobaltu a dalších podobných prvků – se zdrcujícím způsobem smrsknou a spojí se do obrovské koule neutronů. Jejich vrchní vrstvy se taktéž zhroutí, ale odrazí se od hustého proton-neutronového hvězdného jádra, což způsobí nepředstavitelně silný termonukleární výbuch. Hromaděním a srážením těchto vrstev se vytvářejí vlny záření a tlaku, které dále pronikají hvězdou.

Tyto fúzní reakce proběhnou v časovém horizontu přibližně 10 sekund a drtivá většina energie z nich bude odváděna ve formě neutrin, která neinteragují s hmotou. Zbývající částice nesoucí energii, včetně neutronů, atomových jader, elektronů a fotonů, včetně intenzivního množství energie, která jim je dodávána, se budou šířit skrze vnější vrstvy hvězdy ven.

V důsledku toho se neutrina stanou prvním signálem, který dorazí na Zemi. S energií, kterou supernovy dodávají neutrinům – řádově asi ~ 10-50 MeV na kvantum energie – se tyto částice budou pohybovat rychlostí prakticky nerozeznatelnou od rychlosti světla. Kdykoli skutečně dojde (nebo došlo) k explozi supernovy, budou to nejprve neutrina, která první dorazí sem k nám na Zemi.

Uvědomme si, že Betelgeuse je od nás vzdálen 640 světelných let. V jeho případě to bude tedy trvat zhruba 640 let od výbuchu, než k nám částice doletí. Jinými slovy, k výbuchu už mohlo dojít, jen my o něm ještě nic nevíme, jelikož k nám nedoletěly částice, díky nimž bychom ho mohli detekovat a pozorovat. Dnes je v provozu mnoho různých observatoří neutrin a supernova Betelgeuse by v případě výbuchu vyslala k Zemi signál asi 70 000krát silnější, než vysílá nyní.

Pokud by v roce 2020 měla hvězda Betelgeuse viditelně explodovat jako supernova, zaplavila by naše neutrinové detektory po celém světě vysokorychlostní neutrina v časovém úseku trvajícím asi 10-15 sekund. Neutrin by byly doslova miliony, možná i desítky milionů, a tyto observatoře by je zachytily najednou. O několik hodin později by k nám došly fotony: rychlý záblesk, který by enormně zvýšil optickou jasnost Betelgeuse.

Najednou by se jasnost Betelgeuse prudce zvýšila asi 7 000krát oproti její dříve hodnotě. Z jedné z nejjasnějších hvězd na noční obloze by se dostala na jas tenkého srpku Měsíce. Byla by asi 40krát jasnější než planeta Venuše na noční obloze. Tento vrcholný jas by trval jen několik minut, než by se opět částečně ztlumil, aby byl jen asi 5krát jasnější, než tomu bylo dříve. Poté by však začal tradiční zářivý vzestup supernovy.

Po dobu přibližně 10 dnů by se jas Betelgeuse postupně zvýšil a nakonec by se hvězda stala stejně jasnou jako měsíční úplněk. Její jas by překonal všechny hvězdy a planety asi během jediné hodiny, jasu půlměsíce by dosáhla zhruba za tři dny a svého maximálního jasu by dosáhla přibližně za 10 dní. Pro pozorovatele noční oblohy po celém světě by se Betelgeuse jevil ještě jasnější než měsíční úplněk, protože místo toho, aby byl rozprostřen na plochu úhlového průměru cca půl stupně (jako má měsíční úplněk), bude veškerá jeho jasnost soustředěna do jediného, osamělého, kompaktního bodu.

Jako supernova typu II zůstane hvězda Betelgeuse jasná po velmi dlouhou dobu, i když v rámci těchto tříd supernov existují velké rozdíly v tom, jakého jasu přesně dosáhnou a na jak dlouhou dobu. Zářivost supernova se po dosažení maximálního jasu začne pomalu rozptylovat. To celé by trvalo zhruba měsíc. A přibližně po 30 dnech by se ztlumila a byla by jasná jako půlměsíc.

Během následujících dvou měsíců se však jas supernovy Betelgeuse vyrovná, nadále se bude utlumovat pouze pro přístroje; běžné lidské oko nebude v této době schopno rozeznat změnu jasu. Najednou však jas ve čtvrtém měsíci od exploze prudce poklesne: postupně se vrátí zhruba k jasu Venuše na noční obloze. A konečně, v příštím roce nebo dvou, bude jas postupně mizet. Na obloze nakonec zbude pozůstatek supernovy viditelný pouze prostřednictvím dalekohledů.

Při maximálním jasu bude Betelgeuse svítit přibližně stejně jasně jako 10 miliard Sluncí, které jsou všechna sbalena dohromady; ovšem v horizontu pár let bude příliš slabý na to, aby byl vidět pouhým lidským okem. Důvodem, proč supernova zůstává tak jasná po dobu prvních tří měsíců, není ani tak samotná exploze, jako spíše kombinace rozpadů radioaktivních prvků a expandujících plynů ze zbytku supernovy.

Během prvních tří měsíců bude hvězda Betelgeuse tak jasná, že bude jasně viditelná během noci, ale i během dne! Teprve po čtvrtém měsíci se stane objektem pouze pro noční dobu. A jakmile ve své jasnosti vybledne, oblaka všude kolem ní by měla zůstat viditelná dalekohledem po celá desetiletí, staletí a dokonce tisíciletí. Betelgeuse se stane nejbližším pozůstatkem supernovy v zaznamenané historii a zůstane spektakulárním divadlem (a předmětem astronomického studia) pro příští generace.

Jakmile se Betelgeuse konečně stane supernovou – a mohlo by to být dnes, v příštím desetiletí nebo třeba za 100 000 let – stane se nejviditelnější astronomickou událostí v lidské historii, dlouhodobě viditelnou téměř všemi obyvateli Země. Pozůstatek supernovy, který se skládá z plynných vnějších vrstev zářících po tisíce let, bude i nadále těšit naše potomky v příštích generacích. Nemáme sice ponětí, kdy tato show přesně začne, ale víme alespoň to, co hledat a očekávat, až k ní skutečně dojde!

Převzato z Facebooku, Jana Feiglová.