La gegant vermella Betelgeuse revela els seus secrets

Clic per engrandir. Recreació artística de Betelgeuse mig enfosquida. Betelgeuse
hauria perdut la seva lluminositat a causa d'immensos núvols de pols que van
bloquejar fins a un 40% de la seva llum en el visible. Crèdit: MPIA graphics department.

Per què l'estrella Betelgeuse canvia la brillantor? Betelgeuse, una estrella
generalment molt brillant a la constel·lació d’Orió. Per què la seva brillantor ha
continuat baixant des de la tardor del 2019? Què li passat? 

L’assumpte durava des del 2019, durant uns mesos, la gegant vermella Betelgeuse, gairebé mil milions de vegades més gran que el Sol, havia vist caure la seva lluminositat aproximadament un 35%. Va ser això un presagi de la seva explosió de supernova?. No hi ha una explicació prosaica, ara s'ha pogut confirmar mitjançant observacions d’astrònoms utilitzant els instruments del VLT d’ESO.

La humanitat fa temps que coneix l’estrella Betelgeuse perquè és una de les estrelles més brillants de la constel·lació d’Orió. Però només al segle XX es va poder conèixer la seva mida i fins i tot va ser la primera estrella de la que es va determinar el seu diàmetre. De fet el 1921, els astrònoms Michelson i Pease van utilitzar la tècnica de la síntesi d'obertura, ideada per Hippolyte Fizeau, per  determinar el diàmetre aparent de les estrelles mitjançant mètodes interferomètrics. Aleshores va queda clar que estàvem en presència d’una supergegant vermella gairebé mil vegades més ampla en radi que el Sol. i, donada la seva temperatura superficial, aproximadament cent mil vegades més brillant. 

L’enlluernador progrés, després de la Segona Guerra Mundial, en la teoria de l’estructura i l’evolució estel·lar, gràcies al desenvolupament de  l’astrofísica nuclear, va fer que Betelgeuse fos de gran interès per als astrofísics perquè és probable que ens doni claus per entendre amb més precisió com aquestes estrelles, molt massives (Betelgeuse conté unes 15-20 masses solars), acaben la seva vida al cap d’uns pocs milions d’anys.

De fet, sabem des de fa dècades que hi ha una relació entre la massa d’una estrella, la seva lluminositat i la seva vida útil. Com més massiva sigui la estrella, més alta serà la temperatura al nucli. Com a resultat, són possibles certes reaccions de fusió termonuclear, alliberant les enormes quantitats d'energia necessàries per produir una pressió de radiació capaç d'oposar-se a la que resulta de la pròpia gravetat de l'estrella, en aquest cas a les estrelles de cicle CNO.

En fer-ho, consumeix el seu combustible termonuclear a un ritme tan ràpid que la seva vida útil es compta en milions d’anys en lloc de milers de milions d’anys, com és el cas del Sol. Com que es calcula que la gegant vermella es va originar fa uns 8 milions d’anys, hi ha una bona raó per creure que en pocs milers o centenars de milers d’anys és probable que Betelgeuse exploti en una supernova. Com que es troba a uns 600 anys llum de distància (queden incerteses sobre la seva distància exacta), l'explosió produirà un espectacle impressionant a la Terra, visible a plena llum del dia. 

Aquesta animació combina quatre imatges reals de l'estrella supergegant vermella
Betelgeuse, la primera presa al gener de 2019 i les altres preses al desembre de 2019,
gener de 2020 i març de 2020, durant el declivi sense precedents de l'estrella. Totes les
imatges, que permeten visualitzar la superfície de l'estrella, van ser preses amb l'instrument
Sphere del Very Large Telescope d'ESO. Crèdit: ESO/M. Montargès et  al. ,/L. Calçada

Un caprici d’una estrella variable o un núvol de pols?

Per tant, Betelgeuse està molt estudiada i, quan les observacions de finals del 2019 i principis del 2020 van començar a demostrar que l’estrella es tornava molt menys lluminosa, la notícia va ser molt publicitada mentre els astrofísics s’ho pensaven. Hem de témer la imminència de l'explosió de la gegant vermella? De tota manera, com es pot explicar aquesta caiguda de la brillantor?

A Sci-Bit ja li havíem dedicat algun article a aquesta qüestió. L’astrofísica Sylvie Vauclair ens va recordar en particular que la supergegant vermella és una estrella variable i que, per aquest motiu, ens trobàvem potser, i fins i tot probablement, només davant d’un dels seus múltiples cicles de variacions als inicis de la seva explosió. 

Sylvie Vauclair va avançar una altra explicació, menys probable, segons ella: "Betelgeuse, que emet constantment forts vents estel·lars, hauria emès una bafarada de gas i pols especialment significativa, que la amagaria parcialment abans d'evaporar-se completament". 

Aquesta hipòtesi també va ser considerada per l'astrònom Miguel Montargès, de l'Observatori de París, a França, i de la KU Leuven, a Bèlgica. Amb el seu equip, havia utilitzat els instruments del VLT situat a la part superior del Cerro Paranal, a Xile, per estudiar Betelgeuse. En un  comunicat de premsa del ESO, explicava que treballava "actualment en dos escenaris: un es basa en el refredament superficial generat per una activitat estel·lar excepcional, l'altre en l'expulsió de pols al llarg de la línia de visió. Per descomptat, el nostre coneixement sobre les supergegants vermelles continua sent incomplet avui en dia. Els estudis estan en marxa, de manera que és probable que sempre sorgeixi una sorpresa”.

Explicacions molt completes sobre les observacions sobre Betelgeuse realitzades
pels astrònoms Miguel Montargès i Éric Lagadec el 2020. Podeu triar l'idioma de
subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: Guillaume Doyen

La producció en directe de llavors presolars

Miguel Montargès i l’astrofísica Emily Cannon de KU Leuven, tornen avui a l’enigma de la disminució de la lluminositat de Betelgeuse en un altre comunicat de premsa d’ESO on van fer saber que probablement ells i els seus col·legues pensen que han resolt l’enigma. La solució completa s’exposa en un article publicat a la famosa revista Nature i, sense fer que el suspens duri més, es tractaria de la formació ràpida d’un núvol de pols, a partir d’una bombolla de gas calent, refrigerada i condensada, produïda per l’extraordinari estat convectiu de Betelgeuse i que va ser expulsada per l’estrella poc abans de la seva aparent disminució de lluminositat.

Aquest resultat és el producte de les observacions realitzades al continuar monitoritzant l’estrella des del 2019 amb el VLT mitjançant l’instrument Sphere, sigles de Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (REcerca d'Exoplanetes per Espectre-Polarimetría d'Alt contrast) per obtenir una imatge directa de la superfície de Betelgeuse, així com amb les dades del instrument Gravity de l’interferòmetre del VLT (VLTI) per tal de controlar Betelgeuse a mesura que disminuïa la seva lluminositat; aquestes observacions també van continuar després de l'abril de 2020, quan l'estrella havia recuperat la seva lluminositat normal. La interpretació d’aquestes observacions va en la mateixa direcció que l'extreta de les dades recollides per Hubble i que Futura ja va informar.

"Tot i així, vam assistir a la formació del que es coneix com a  pols d'estrelles en viu", explica Miguel Montargès. Això no és trivial perquè, com també es va esmentar al comunicat de premsa d'ESO, Emily Cannon: "La pols expulsada de les estrelles fredes al final de la seva vida, com la que acabem de presenciar, podria constituir els blocs de construcció dels planetes terrestres i de la vida".

Quan Betelgeuse, una brillant estrella taronja de la constel·lació d’Orió, es va tornar
notablement més fosca a finals del 2019 i principis del 2020, la comunitat astronòmica
va quedar perplexa. Un equip d’astrònoms ha publicat ara una nova investigació feta
amb l’interferòmetre del Very Large Telescope (VLTI) i  el Very Large Telescope d’ESO
que descobreix el misteri de la gradació de Betelgeuse. Podeu triat l'idioma de la
subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: European Southern Observatory (ESO)

Hi ha una teoria de la formació de grans de pols per condensació d’ejecció de matèria per part de les estrelles al final de la seva vida, i les observacions de Betelgeuse demostren que la formació de pols es pot produir molt ràpidament i aprop de la superfície d’una estrella tal com s’indica en el comunicat de premsa d'ESO. Millor! trobem aquests grans presolars a l’interior dels meteorits del Sistema Solar, cosa que ens va permetre especificar les seves composicions. Hi ha materials refractaris com el carbur de silici, minerals silicats de la família de l'oliví, piroxè i fins i tot diamants!.

Com a conclusió d’aquest descobriment, Miguel Montargès i Emily Cannon admeten que estan impacients per poder utilitzar el Telescopi Extremament Gran (ELT) en construcció al ESO. “Gràcies a la seva capacitat per aconseguir resolucions espacials inigualables, l'ELT ens permetrà fer una imatge directa de Betelgeuse amb un notable detall. També ampliarà significativament la mostra de supergegants vermelles que podrem estudiar mitjançant imatges directes, cosa que ens ajudarà a desvelar els misteris que hi ha darrere dels vents d’aquestes estrelles massives”, explica Emily Cannon.

Vídeo de presentació del Telescopi Extremadament Gran de ESO. Crèdit: ESO

Per obtenir més informació sobre la història de Betelgeuse, podeu llegir el text de Miguel Montargès sobre aquest tema en anglès, on també ret homenatge als membres de l’equip que hi ha darrere del treball publicat a Nature.

Una presentació de la investigació sobre grans presolars de Philipp Heck. Podeu
triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: Field Museum

 

Ho he vist aquí.