Una nube de polvo sería la causa del cambio de brillo de Betelgeuse

Ilustración artística de la nube de polvo que causaría el cambio de brillo de Betelgeuse. Crédito: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser.

Observaciones del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA sugieren que el inesperado cambio de brillo de la estrella supergigante Betelgeuse fue causado muy probablemente por una gran cantidad de material caliente eyectado al espacio que formó una nube de polvo que bloqueó la luz estelar procedente de la superficie de la estrella.

Betelgeuse es una estrella supergigante roja envejecida que ha aumentado su tamaño como resultado de complejos cambios evolutivos en el proceso de fusión nuclear en su núcleo. La estrella es tan grande que si reemplazara al Sol en el centro del Sistema Solar, su superficie se extendería más allá de la órbita de Júpiter. El fenómeno de la gran disminución del brillo de Betelgeuse, que fue notable incluso a simple vista, comenzó en octubre de 2019. Para mediados de febrero de 2020, el brillo de esta enorme estrella había disminuido en un factor superior a tres.

Esta repentina disminución de brillo ha desconcertado a los astrónomos, quienes buscaron desarrollar teorías para dar cuenta del cambio abrupto. Gracias a nuevas observaciones del telescopio Hubble, un equipo de investigadores sugiere que se formó una nube de polvo cuando Betelgeuse liberó plasma supercaliente desde una gran celda de convección en la superficie de la estrella y que pasó a través de la atmósfera caliente hasta las capas exteriores más frías, donde se enfrió y formó polvo. La nube resultante podría bloquear la luz de aproximadamente un cuarto de la superficie de la estrella, comenzando a finales de 2019. Para abril de 2020 la estrella había regresado a su brillo normal.

Varios meses de observaciones espectroscópicas en luz ultravioleta del Hubble, comenzando en enero de 2019, produjeron una línea de tiempo reveladora que terminó con el oscurecimiento de la estrella. Estas observaciones proporcionaron importantes nuevas pistas sobre el mecanismo tras la disminución del brillo. El Hubble vio material denso y caliente moviéndose a través de la atmósfera de Betelgeuse en septiembre, octubre y noviembre de 2019. Luego, en diciembre, varios telescopios terrestres observaron a la estrella oscurecerse en su hemisferio sur.

“Con Hubble vemos el material cuando salió de la superficie visible de la estrella y se movió a través de la atmósfera, antes que se formara el polvo que causó que la estrella pareciera oscurecerse”, dijo Andrea Dupree, autora principal de la investigación y directora asociada del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. “Pudimos ver el efecto de una región densa y caliente en la parte sureste de la estrella moviéndose hacia fuera”.

“Este material era de dos a cuatro veces más luminoso que el brillo normal de la estrella”, señaló Dupree. “Y luego, aproximadamente un mes después, el hemisferio sur de Betelgeuse se atenuó notablemente a medida que la estrella se debilitaba. Pensamos que es posible que una nube oscura resultara del flujo que detectó el Hubble. Solo Hubble nos da esta evidencia de lo que llevó al oscurecimiento”.

El equipo comenzó a usar el Hubble a comienzos del año pasado para analizar la estrella masiva. Sus observaciones son parte de un estudio de tres años del telescopio para monitorear variaciones en la atmósfera exterior de la estrella. La sensibilidad del telescopio en luz ultravioleta permitió a los investigadores estudiar las capas sobre la superficie de la estrella, las que son tan calientes que la mayoría de sus emisiones están en el rango ultravioleta del espectro y no en luz visible. Estas capas son calentadas parcialmente por las turbulentas celdas de convección de la estrella que “borbotean” hasta la superficie.

“Resolver espacialmente una superficie estelar solo es posible en casos favorables y solo con el mejor equipo disponible”, dijo Klaus Strassmeier del Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP) en Alemania. “En ese sentido, Betelgeuse y Hubble están hechos el uno para el otro”.

Ilustración artística del escenario de oscurecimiento de Betelgeuse. En las primeras dos imágenes, una gran cantidad de plasma es expulsada por la estrella. En la tercera, el gas se expande y se enfría para formar una nube de polvo. En la última imagen se ilustra cómo se observa el bloqueo de luz desde la Tierra. Crédito: NASA, ESA y E. Wheatley (STScI).

El espectro del Hubble, obtenido al inicio y al final de 2019 y en 2020, estudió la atmósfera exterior de la estrella al medir las líneas espectrales de magnesio ionizado. De septiembre a noviembre de 2019, los investigadores midieron el material que pasaba desde la superficie de la estrella hacia su atmósfera exterior. Este material caliente y denso siguió viajando más allá de la superficie visible de Betelgeuse, alejándose a millones de kilómetros de la estrella. A esa distancia, el material se enfrió lo suficiente para formar polvo, dijeron los investigadores.

Esta interpretación es consistente con las observaciones en ultravioleta en febrero de 2020, que mostraron que el comportamiento de la atmósfera exterior de la estrella había vuelto a la normalidad, aunque en luz visible aún se oscurecía.

Aunque Dupree desconoce la causa del estallido, ella cree que fue impulsado por el ciclo de pulsación de la estrella, que continuó normalmente durante el evento, como se registró en las observaciones en luz visible.

La supergigante roja está destinada a terminar su vida con una supernova y algunos piensan que la repentina disminución de su brillo puede ser un evento precursor de dicha supernova. Betelgeuse se encuentra relativamente cerca, a unos 725 años luz de distancia, así que el evento habría ocurrido alrededor del año 1300, considerando el tiempo que tarda su luz en llegar a la Tierra.

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

El estudio “Spatially Resolved Ultraviolet Spectroscopy of the Great Dimming of Betelgeuse” fue publicado el 13 de agosto de 2020 en The Astrophysical Journal.

Fuente: ESA/Hubble, HubbleSite