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ALMA-Teleskop zeigt den sterbenden Stern Beteigeuze
Beteigeuze wirkt im Submillimeterlicht alles andere als glatt. Neue ALMA-Aufnahmen zeigen eine bucklige Atmosphäre mit zwei heißen Regionen, von denen die auffälligste schon 2015 nahezu am selben Ort lag. Der mindestens sieben Jahre stabile Hitzefleck hält deutlich länger als große Konvektionsstrukturen in gängigen Modellen und könnte Hinweise auf die Dynamik des Roten Überriesen liefern.
Garching (Deutschland). Beteigeuze gehört zu den nächstgelegenen Roten Überriesen und ist mit bloßem Auge als rötlicher Schulterstern des Orion zu sehen, dessen große Winkelausdehnung eine räumlich detaillierte Abbildung seiner Atmosphäre ermöglicht. Besonders viel Aufmerksamkeit erhielt er während der starken Verdunkelung um 2020, die mit einer kühlen Region auf der Sternoberfläche und vermutlich auch mit Staub in Verbindung gebracht wurde.
Hauptautor Bill Dent von der Europäischen Südsternwarte (ESO) und seine Kollegen haben nun die innere Atmosphäre von Beteigeuze mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) untersucht. Dafür nutzten sie fünf Beobachtungen aus dem August 2023 in drei Frequenzbändern zwischen 215 und 492 Gigahertz, wobei ALMA mit seiner längsten Antennenkonfiguration eine Winkelauflösung von bis zu rund sieben Millibogensekunden erreichte.
Die Submillimeterstrahlung stammt überwiegend aus einer optisch dicken Schicht der Atmosphäre, die etwas außerhalb der sichtbaren Photosphäre liegt und eine mittlere Helligkeitstemperatur von rund 2.300 Kelvin besitzt. Auf dieser Scheibe erkennen die Forscher mindestens zwei deutlich heißere Regionen im Nordosten und Südwesten, wobei der hellste Fleck je nach Messband etwa 500 bis 800 Kelvin wärmer als seine Umgebung ist.
Auch der Rand dieser Submillimeterphotosphäre ist nicht gleichmäßig rund, denn die Messungen zeigen lokale Abweichungen des Radius von bis zu etwa sechs Prozent. Weiter außen registrierte ALMA schwächere Kontinuumsstrahlung sowie eine klumpige Verteilung von Siliziummonoxid und Kohlenmonoxid, die eine deutlich unregelmäßigere Gashülle nachzeichnen als die weitgehend glattere Kontinuumsstrahlung.
Besonders auffällig ist die Beständigkeit des nordöstlichen Hitzeflecks, den die Astronomen in den Aufnahmen von 2023 mit ähnlich hoch aufgelösten ALMA-Daten aus dem Jahr 2015 verglichen. Position und Kontrast des Flecks haben sich über 7,3 Jahre kaum verändert. Seine Lebensdauer beträgt damit mindestens sieben Jahre und ist deutlich länger als die Monate bis wenigen Jahre, die aktuelle Modelle für zusammenhängende große Konvektionsstrukturen erwarten lassen.
Noch ältere Beobachtungen im nahen Infrarot, im sichtbaren Licht und im Ultraviolett zeigen helle Regionen an ähnlichen Stellen, doch ob dabei tatsächlich über Jahrzehnte dieselben Strukturen beobachtet wurden, ist nicht belegt. Sicher ist bislang nur, dass der markante Submillimeterfleck zwischen den beiden direkt vergleichbaren ALMA-Epochen erstaunlich stabil blieb.
„Sein letztendliches Schicksal als Supernova macht es faszinierend zu wissen, wie er jetzt tatsächlich aussieht“, erklärt Bill Dent.
Als wahrscheinlichste Erklärung diskutiert das Team große Konvektionszellen im Sterninneren, deren aufsteigendes heißes Gas Schocks in die äußeren Atmosphärenschichten treiben und dort lokal zusätzliche Energie freisetzen kann. Passend dazu finden die Forscher nahe den heißen Regionen besonders breite, stärker blauverschobene Absorptionslinien, die auf aufsteigendes Gas hindeuten könnten, wobei weitere Beobachtungen zeigen müssen, ob dieser Zusammenhang dauerhaft besteht.
Die neuen Daten sprechen zugleich nicht klar für die zuvor diskutierte Rotation der ausgedehnten Gashülle. In den Moleküllinien fehlt der dafür erwartete eindeutige Geschwindigkeitsgradient, während sich die Gasstruktur seit 2015 stark verändert hat. Damit bleibt möglich, dass Konvektion vermeintliche Rotationssignale erzeugt.