Een beeld van Betelgeuse, gemaakt bij submillimetergolflengten door de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Hierop is een stuk heet gas te zien dat enigszins uitsteekt boven de uitgebreide atmosfeer van de rode reuzenster. Een deel van de gegevens die zijn gebruikt om de nieuwste parallax voor Betelgeuse te berekenen, is afkomstig van waarnemingen door ALMA.

Betelgeuse, de heldere rode ster in het sterrenbeeld Orion de Jager, bevindt zich in de eindfase van zijn stellaire leven. Astronomen denken al lang dat hij op een dag zal exploderen en een supernova zal worden. Eind 2019 en begin 2020 zorgde Betelgeuse voor veel geklets op sociale media onder astronomen. Ze vroegen zich, enigszins gekscherend, af of er een explosie op komst was omdat de ster sinds eind oktober 2019, op ongekende wijze, met een merkbare hoeveelheid is gedimd. Toen het nieuws mainstream ging, vroegen veel mensen zich af hoe ver Betelgeuse van ons verwijderd was en of een explosie het leven op aarde zou kunnen schaden. Het goede nieuws is dat als Betelgeuse ontploft, hij dichtbij genoeg is om een spectaculaire lichtshow te geven, maar ver genoeg om ons op aarde geen kwaad te doen. Om eerst de vraag over de afstand te beantwoorden: Betelgeuse staat ongeveer 724 lichtjaar van ons vandaan. Maar het is verrassend moeilijk om dat antwoord te krijgen, zelfs voor een ster die relatief dichtbij staat.

Alleen in de afgelopen 30 jaar hebben astronomen, met behulp van nieuwe technologieën, nauwkeurigere metingen gedaan van de afstand tot Betelgeuse en andere nabije sterren. Deze vooruitgang begon in 1989, toen de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) een ruimtetelescoop lanceerde die Hipparcos heette, genoemd naar de beroemde Griekse astronoom Hipparchus. Gedurende een aantal jaren heeft de Hipparcos-ruimtetelescoop voor meer dan 100.000 relatief nabije sterren parallax- en afstandsgegevens verstrekt.

Die metingen werden de basis voor de meeste geschatte afstanden tot sterren die je vandaag de dag ziet.

De maankalenders voor 2020 zijn er! Bestel de jouwe voordat ze weg zijn. Bijna uitverkocht!

Vanaf twee locaties gezien, is er een kleine verschuiving in de positie van een nabije ster ten opzichte van de verre achtergrondsterren. Voor waarnemingen op aarde met een tussenpoos van zes maanden is de afstand tussen deze twee locaties de diameter van de baan van de aarde. De hoek alpha is de parallaxhoek. Afbeelding via P.wormer / Wikimedia Commons.

De oorspronkelijke Hipparcos-gegevens gaven een parallax van 7,63 milliarcseconden voor Betelgeuse; dat is ongeveer een miljoenste van de breedte van de volle maan. Berekeningen op basis van die parallax leverden een afstand van ongeveer 430 lichtjaar op.

Betelgeuse is echter een zogeheten veranderlijke ster, omdat zijn helderheid met de tijd fluctueert (de recente opwinding over het dimmen van Betelgeuse komt omdat dit de grootste helderheidsdip is die ooit is waargenomen). En daar begon de moeilijkheid bij het schatten van de afstand van Betelgeuse.

Dat komt omdat latere studies een fout ontdekten in de methoden die werden gebruikt om de Hipparcos-gegevens voor variabele sterren te verkleinen. Een poging om die fouten te corrigeren leverde een parallax van 5,07 milliarkseconden op, waardoor de geschatte afstand van Betelgeuse veranderde van 430 lichtjaar naar ongeveer 643 lichtjaar, plus of min 46 lichtjaar.

Maar wacht, er is meer. In 2017 publiceerden astronomen nieuwe berekeningen die de parallax van Betelgeuse verder verfijnden tot 4,51 milliarcseconden. Deze nieuwe analyse van gegevens van Hipparcos omvatte ook waarnemingen van verschillende radiotelescopen op de grond. Dat plaatst Betelgeuse op een afstand van ongeveer 724 lichtjaar, of, nauwkeuriger, tussen 613 en 881 lichtjaar als de onzekerheden in de gegevens worden meegerekend.

Je weet misschien dat de Gaia-astrometriemissie van de Europese Ruimtevaartorganisatie tot doel heeft een driedimensionale kaart van ons Melkwegstelsel te maken. Ten tijde van de tweede gegevensrelease in april 2018 zei ESA dat de gegevens van Gaia al het volgende mogelijk hadden gemaakt:

… de rijkste sterrencatalogus tot nu toe, inclusief zeer nauwkeurige metingen van bijna 1,7 miljard sterren.

Betelgeuse is echter niet een van die sterren, en Gaia zal niet worden gebruikt om een nauwkeurigere afstand voor Betelgeuse te vinden. Betelgeuse is namelijk te helder voor de sensoren van het ruimteschip.

Een kaart van Orion de jager, met daarop de locatie van Betelgeuse. Afbeelding via IAU / Sky & Telescope magazine / Wikimedia Commons.

Een woord over parallax. Heb je wel eens een object in de buurt vanaf twee verschillende locaties bekeken, en gemerkt hoe de positie van het object veranderde ten opzichte van ver verwijderde oriëntatiepunten? Dat is het effect dat parallax wordt genoemd. Om een schatting van de afstand te krijgen, worden de metingen van de positie van een nabije ster aan de hemel ten opzichte van verre achtergrondsterren met een tussenpoos van zes maanden gedaan. In die tijd is de aarde naar de andere kant van haar baan gegaan, zodat de twee locaties worden gescheiden door de diameter van de baan van de aarde, ongeveer 300 miljoen km (186 miljoen mijl). Het verschil in de relatieve positie van de nabije ster op de twee locaties stelt astronomen in staat om een parallaxhoek af te leiden en een afstand tot de nabije ster te berekenen.

De oude Griekse astronomen begrepen het concept van parallax, maar beschikten niet over de technologie om zeer fijne hoekmetingen aan de hemel te doen. Daardoor mislukten alle metingen van de parallax van sterren totdat de Duitse astronoom Friedrich Bessel daar in 1838 in slaagde. Hij gebruikte een telescoop, en hoewel zijn twee waarnemingspunten zich aan weerszijden van de aardbaan bevonden, kon hij ternauwernood een minieme hoekverschuiving vaststellen. Maar het was genoeg om een afstand van 11 lichtjaar te bepalen tot een nabije ster, 61 Cygni genaamd.

Van Bessel’s tijd tot de lancering van Hipparcos in 1989 waren er slechts een paar duizend parallaxen bepaald. Het proces werd gehinderd door een aantal factoren, waaronder de extreem kleine hoeken waar het om ging, onvolkomenheden in de instrumenten, en misschien wel het meest van alles, de troebele atmosfeer van de aarde. Waarnemingen vanaf de aarde, zelfs vanaf zeer heldere en donkere locaties zoals woestijnen en bergtoppen, worden vertroebeld door vervormingen in de atmosfeer.

Hipparcos, dat vanaf 1989 waarnemingen vanuit de ruimte doet, heeft de beperkingen van de aardatmosfeer overwonnen en positiegegevens van sterren verkregen met een voor die tijd ongekende nauwkeurigheid. Astronomen blijven deze metingen verfijnen met nieuwe innovaties op het gebied van instrumenten en gegevensanalyse, waarbij ze gebruik maken van observatoria op de grond en in de ruimte.

Bottom line: Het meten van de afstand tot Betelgeuse is vooral moeilijk geweest omdat het een veranderlijke ster is. Complexe berekeningen op basis van gegevens van de Hipparcos-ruimtetelescoop en radiotelescopen op de grond geven aan dat de afstand ongeveer 724 lichtjaar is.