Imagen en falso color del satélite Himawari-8 donde es captada la estrella Betelgeuse (19 de enero de 2020). Crédito: Taniguchi y colaboradores.
Los astrónomos tienen una nueva forma de estudiar las estrellas: aprovechar los satélites meteorológicos que orbitan la Tierra.
Esa es la conclusión de un artículo que presenta nuevos datos de un satélite meteorológico japonés que observó a la estrella supergigante roja Betelgeuse durante un inusual periodo de disminución de brillo. Las observaciones fortuitas podrían significar una nueva herramienta para los astrónomos que intentan comprender cómo una estrella supergigante roja pierde masa y, en última instancia, explota como supernova.
La segunda estrella más brillante de la constelación de Origón, Betelgeuse, es la décima estrella más brillante del cielo nocturno. Pero desde octubre de 2019 hasta febrero de 2020, su brillo disminuyó drásticamente hasta aproximadamente dos tercios de su brillo normal. Este evento apodado “gran atenuación” llevó a especular que estaba a punto de explotar como una supernova de Tipo IIP, lo que sin duda ocurrirá en los próximos 100.000 años.
Los científicos que analizaron el evento usaron mayoritariamente datos de telescopios terrestres, con los que concluyeron que la disminución del brillo de Betelgeuse era el resultado del enfriamiento de su superficie, la formación de una nueva banda de polvo alrededor o ambos.
Pero la atmósfera de la Tierra bloquea parte de la radiación infrarroja, por lo que para estudiarla es necesario realizar observaciones desde el espacio. Y aquí es donde entra el satélite geoestacionario Himawari-8 de Japón.
Daisuke Taniguchi, estudiante de doctorado en astronomía de la Universidad de Tokio, notó que la Luna era visible en las imágenes de Himawari-8. Luego, descubrieron que Betelgeuse estaba en el campo de visión del satélite y que tal vez era posible investigar la gran atenuación de la estrella.
Himawari-8 se encuentra a 35.786 km sobre el ecuador de la Tierra desde 2015 para estudiar el clima y desastres naturales. Aunque el satélite está destinado a fotografiar la Tierra cada 10 minutos, los bordes de sus imágenes incluyen estrellas.
Taniguchi y sus colaboradores fueron capaces de ver a Betelgeuse en imágenes tomadas durante toda la vida de Himawari-8 y midieron su brillo aproximadamente cada 1,7 días entre enero de 2017 y junio de 2021.
“En las longitudes de onda de rangos óptico e infrarrojo cercano, el polvo circunestelar oculta la luz de la superficie estelar”, dijo Taniguchi, explicando que los investigadores –al igual que los astrónomos limitados a usar telescopios terrestres– fueron capaces de estimar la cantidad de polvo circunestelar alrededor de Betelgeuse.
Sin embargo, el polvo circunestelar solo emite luz en el infrarrjo medio. “Mediante la observación de la luz en infrarrojo medio pudimos ver el polvo mismo y pudimos medir directamente la serie temporal de la cantidad de polvo alrededor de Betelgeuse”, dijo Taniguchi. El equipo concluyó que la “gran atenuación” en 2019 y 2020 fue causado por dos factores en casi la misma proporción: la temperatura de la estrella que descendió en aproximadamente 140 °C y el polvo condensado a partir del gas cálido alrededor de la estrella.
Fundamentalmente, esta teoría concuerda con las conclusiones de los astrónomos que usaron telescopios terrestres. Por ejemplo, un estudio liderado por la Academia China de Ciencia mencionó a manchas solares gigantes y fluctuaciones de la temperatura, mientras que resultados del Very Large Telescope (VLT) en Chile y del Telescopio Espacial Hubble sugirieron que Betelgeuse eyectó una enorme nube de gas que se enfrió y condensó en polvo.
Los nuevos resultados sugieren que los satélites meteorológicos podrían ser usados como telescopios espaciales para la astronomía. “Esto nos permite obtener series temporales de imágenes de alta cadencia en infrarrojo medio, que son difíciles de adquirir con los instrumentos astronómicos habituales”, dicen en el artículo. Además no ser capaces de registrar datos en el infrarrojo cercano, los telescopios terrestres dejan de ver algunas estrellas durante unos meses cuando el Sol pasa frente a ellas.
“Esta es una posibilidad que no he visto explorada mucho antes”, dijo a Space.com Emily Levesque, astrónoma que estudia estrellas supergigantes rojas en la Universidad de Washington, quien no participó en la nueva investigación.
“Ciertamente, depende en parte de la casualidad, pero las observaciones como estas podrían resultar ser un recurso fabuloso para las supergigantes rojas brillantes y cercanas”, dijo Levesque. “Particularmente, porque podrían complementar las capacidades del Telescopio Espacial James Webb, que está bien adaptado para las observaciones de objetivos más tenues”.
Observar las estrellas en el infrarrojo medio es el mejor método para ver las emisiones de polvo alrededor de ellas, señaló Levesque, dado que puede ayudar a crear una imagen en múltiples longitudes de onda de las estrellas y su evolución. Después de todo, la pérdida de masa y producción de polvo desempeña un papel clave en la etapa de supergigante roja de una estrella.
“El infrarrojo medio también ha sido históricamente difícil de observar”, dijo Levesque, añadiendo que el observatorio SOFIA de la NASA ha llenado un vacío, mientras que el Telescopio Espacial James Webb se convertirá en un recurso invaluable para el infrarrojo medio. “En combinación con soluciones creativas como las presentadas en este artículo, esperamos continuar construyendo una visión mucho más clara de las supergigantes rojas en este rango de longitud de onda en los próximos años”.
Los autores ya han comenzado a usar datos de Himawari-8 para otros proyectos estelares. “Creo que nuestro concepto de usar un satélite meteorológico como un telescopio espacial es útil para varios tipos de temas en astronomía, especialmente en el marco temporal de la astrofísica estelar”, dijo Taniguchi, refiriéndose al área emergente centrada en cómo cambian los objetos astronómicos con el paso del tiempo. Ahora, su grupo está usando los datos de Himawari-8 para hacer un catálogo de cómo varía con el tiempo el brillo infrarrojo de las estrellas viejas y también para buscar señales infrarrojas fugaces.
A 548 años luz de distancia, Betelgeuse es la estrella supergigante roja más cercana al Sistema Solar. Tiene alrededor de 15 a 20 veces la masa del Sol y es unas 900 veces más grande. Si esta estrella se encontrara en el centro del Sistema Solar, entonces Mercurio, Venus, la Tierra, Marte y el cinturón de asteroides estarían dentro de Betelgeuse.
Y si Betelgeuse se convierte en supernova, podría verse tan brillante como la Luna llena durante meses. El resultado final será una estrella de neutrones en el centro de una hermosa burbuja de material brillante creada por la explosión. Sin embargo, los científicos aún no saben exactamente cómo se comporta una supergigante roja en las semanas previas a la explosión.
El artículo “The Great Dimming of Betelgeuse seen by the Himawari-8 meteorological satellite” fue publicado el 30 de mayo de 2022 en Nature Astronomy.