Hubble descubre que la misteriosa atenuación de Betelgeuse se debe a un estallido descomunal.

Las observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA muestran que la atenuación inesperada de la estrella supergigante Betelgeuse probablemente fue causada por una inmensa cantidad de material caliente expulsado al espacio, formando una nube de polvo que bloqueó la luz de la superficie de Betelgeuse.

Los investigadores del Hubble sugieren que la nube de polvo se formó cuando el plasma supercaliente se desgajó de una gran celda de convección en la superficie de la estrella, y pasó a través de la atmósfera caliente a las capas exteriores más frías, donde se enfrió y se formaron granos de polvo. La nube de polvo resultante bloqueó la luz de aproximadamente una cuarta parte de la superficie de la estrella, comenzando este evento, a finales de 2019. Para abril de 2020, la estrella volvió a su brillo normal.

Betelgeuse es una vieja estrella supergigante roja que ha aumentado de tamaño debido a cambios complejos y evolutivos en su proceso de fusión nuclear en su parte más interna. La estrella es tan grande ahora que si reemplazara al Sol en el centro de nuestro Sistema Solar, su superficie exterior se extendería más allá de la órbita de Júpiter.

El fenómeno sin precedentes de la gran atenuación de Betelgeuse, que finalmente se percibe incluso a simple vista, comenzó en octubre de 2019. A mediados de febrero de 2020, la estrella monstruosa había perdido aparentemente más de dos tercios de su brillo.

Este gráfico de cuatro paneles ilustra cómo la región sur de la brillante estrella supergigante roja Betelgeuse, de rápida evolución, puede haberse vuelto repentinamente más débil durante varios meses a finales de 2019 y principios de 2020. En los dos primeros paneles, como se muestra en luz ultravioleta a través del Telescopio Espacial Hubble, una gota de plasma brillante y caliente es expulsada emergiendo de una enorme celda de convección en la superficie de la estrella. En el panel tres, el gas expulsado que sale se expande rápidamente hacia afuera. Se enfría para formar una enorme nube de granos de polvo que oscurecen la estrella. El panel final revela la enorme nube de polvo que bloquea la luz (vista desde la Tierra) de una cuarta parte de la superficie de la estrella.
Crédito de la ilustración: NASA, ESA y E. Wheatley (STScI).

Este oscurecimiento repentino ha desconcertado a los astrónomos, que se apresuraron a desarrollar varias teorías para el cambio abrupto. Una idea era que una “mancha estelar” enorme, fría y oscura cubría una amplia zona de la superficie visible. Pero las observaciones del Hubble, dirigidas por Andrea Dupree, directora asociada del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA), Cambridge, Massachusetts, sugerían una nube de polvo que cubría una parte de la estrella.

Varios meses de observaciones en luz ultravioleta con el Hubble a Betelgeuse a partir de enero de 2019, dirigieron una línea de tiempo que condujeron al oscurecimiento. Estas observaciones proporcionaron nuevas pistas importantes sobre el mecanismo que se hallaba detrás de la atenuación.

Hubble capturó señales de material denso y calentado que se movía a través de la atmósfera de la estrella en septiembre, octubre y noviembre de 2019. Luego, en diciembre, varios telescopios terrestres observaron que la estrella disminuía su brillo en su hemisferio sur.

“Con el Hubble, vemos el material cuando salió de la superficie visible de la estrella y se movió a través de la atmósfera, antes de que se formara el polvo que hizo que la estrella pareciera atenuarse”, dijo Dupree. “Pudimos ver el efecto de una región densa y caliente en la parte sureste de la estrella moviéndose hacia afuera.

“Este material era de dos a cuatro veces más luminoso que el brillo normal de la estrella”, continuó. Y luego, aproximadamente un mes después, la parte sur de Betelgeuse se atenuó notablemente a medida que la estrella se debilitaba. Creemos que es posible que una nube oscura haya resultado del flujo de salida que detectó el Hubble. Solo el Hubble nos brinda esta evidencia que condujo a la atenuación “.

El artículo del equipo aparecece en línea el 13 de agosto en The Astrophysical Journal.

Las estrellas supergigantes masivas como Betelgeuse son importantes porque expulsan elementos pesados ​​como el carbono al espacio que se convierten en los componentes básicos de las nuevas generaciones de estrellas. El carbono también es un ingrediente básico para la vida tal como la conocemos.

Seguimiento de un estallido descomunal

El equipo de Dupree comenzó a usar Hubble a principios del año pasado para analizar la estrella gigante. Sus observaciones son parte de un estudio del Hubble, de tres años de duración, para monitorear las variaciones en la atmósfera exterior de la estrella. Betelgeuse es una estrella variable que se expande y contrae, iluminando y atenuando, en un ciclo de 420 días.

La sensibilidad a la luz ultravioleta del Hubble permitió a los investigadores sondear las capas sobre la superficie de la estrella, que están tan calientes (más de 11.010 grados Celsius) que no pueden detectarse en longitudes de onda visibles. Estas capas se calientan en parte por las turbulentas células de convección de la estrella que suben a la superficie.

Los espectros del Hubble, tomados a principios y finales de 2019, y en 2020, sondearon la atmósfera exterior de la estrella midiendo líneas de magnesio II (magnesio ionizado individualmente). De septiembre a noviembre de 2019, los investigadores midieron el material que se movía a unos 320.000 kilómetros por hora pasando de la superficie de la estrella a su atmósfera exterior.

Este material caliente y denso continuó viajando más allá de la superficie visible de Betelgeuse, llegando a millones de kilómetros de la caliente estrella. A esa distancia, el material se enfrió lo suficiente como para formar polvo, según los investigadores.

Esta interpretación es consistente con las observaciones de luz ultravioleta del Hubble en febrero de 2020, que mostraron que el comportamiento de la atmósfera exterior de la estrella volvió a la normalidad, a pesar de que las imágenes de luz visible mostraron que todavía se estaba atenuando.

Aunque Dupree no conoce la causa del estallido, cree que fue ayudado por el ciclo de pulsaciones de la estrella, que continuó normalmente durante el evento, según lo registrado por observaciones de luz visible. El coautor del artículo, Klaus Strassmeier, del Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam, utilizó el telescopio automatizado del instituto llamado STELLar Activity (STELLA), para medir los cambios en la velocidad del gas en la superficie de la estrella a medida que subía y bajaba durante la pulsación, el ciclo. La estrella se expandía en su ciclo al mismo tiempo que el afloramiento de la celda convectiva. La pulsación que fluye hacia afuera desde Betelgeuse puede haber ayudado a impulsar el plasma que fluye hacia afuera a través de la atmósfera.

Dupree estima que durante los tres meses del estallido se perdió aproximadamente el doble de la cantidad normal de material del hemisferio sur. Betelgeuse, como todas las estrellas, está perdiendo masa todo el tiempo, en este caso a un ritmo 30 millones de veces mayor que el Sol.

Betelgeuse está tan cerca de la Tierra y es tan grande que el Hubble ha podido resolver las características de la superficie, lo que la convierte en la única estrella de este tipo, excepto nuestro Sol, donde se pueden ver los detalles de la superficie.

Las imágenes del Hubble tomadas por Dupree en 1995 revelaron por primera vez una superficie moteada que contenía células de convección masivas que se encogían y se hinchaban, lo que hace que se oscurezcan y aclaren.

¿Un precursor de una supernova?

La supergigante roja está destinada a acabar con su vida en una explosión de supernova. Algunos astrónomos piensan que el oscurecimiento repentino puede ser un evento anterior a la supernova. La estrella está relativamente cerca, a unos 725 años luz de distancia, lo que significa que el oscurecimiento habría ocurrido alrededor del año 1300. Pero su luz apenas llega a la Tierra ahora.

“Nadie sabe qué hace una estrella justo antes de convertirse en supernova, porque nunca se ha observado”, explicó Dupree. “Los astrónomos han tomado muestras de estrellas tal vez un año antes de que se conviertan en supernovas, pero no unos días o semanas antes de que ocurriera. Pero la posibilidad de que la estrella se convierta en supernova pronto es bastante pequeña”.

Dupree tendrá otra oportunidad de observar la estrella con Hubble a finales de agosto o principios de septiembre. En este momento, Betelgeuse está en el cielo durante el día, demasiado cerca del Sol para las observaciones del Hubble. Pero el Observatorio Solar de Relaciones Terrestres (STEREO) de la NASA ha tomado imágenes de la gigante estrella desde su ubicación en el espacio. Esas observaciones muestran que Betelgeuse volvió a atenuarse desde mediados de mayo hasta mediados de julio, aunque no tan drásticamente como a principios de año.

Dupree espera usar STEREO en más observaciones de seguimiento para monitorear el brillo de Betelgeuse. Su plan es observar Betelgeuse nuevamente el próximo año con STEREO cuando la estrella se haya expandido hacia afuera nuevamente en su ciclo para ver si desata otro arrebato petulante.