Dimming Betelgeuse probable no es frío, solo polvoriento, muestra un nuevo estudio

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6 de marzo de 2020

A finales del año pasado, se supo que la estrella Betelgeuse se estaba desvaneciendo significativamente, cayendo finalmente a alrededor del 40% de su brillo habitual. La actividad alimentó la especulación popular de que la supergigante roja pronto explotaría como una supernova masiva.

Pero los astrónomos tienen teorías más benignas para explicar el comportamiento de atenuación de la estrella. Y los científicos de la Universidad de Washington y el Observatorio Lowell creen que tienen apoyo para uno de ellos: Betelgeuse no se atenúa porque está a punto de explotar, solo es polvoriento.

En un artículo aceptado por Astrophysical Journal Letters y publicado en el sitio de preimpresión arXiv, Emily Levesque, profesora asociada de astronomía de UW, y Philip Massey, astrónomo del Observatorio Lowell, informan que las observaciones de Betelgeuse tomadas en febrero. 14 en Flagstaff, Arizona, el observatorio les permitió calcular la temperatura media de la superficie de la estrella. Descubrieron que Betelgeuse es significativamente más cálido de lo esperado si la atenuación reciente fue causada por un enfriamiento de la superficie de la estrella.

Los nuevos cálculos apoyan la teoría de que Betelgeuse — como muchas estrellas supergigantes rojas son propensas a hacer — probablemente ha desprendido algo de material de sus capas externas.

Una imagen de luz visible de VY Canis Majoris, una estrella supergigante roja que está en gran parte oscurecida por el polvo, tomada en 2005.NASA / ESA / R. Humphreys/University of Minnesota

«Vemos esto todo el tiempo en supergigantes rojas, y es una parte normal de su ciclo de vida», dijo Levesque. «Las supergigantes rojas ocasionalmente desprenderán material de sus superficies, que se condensarán alrededor de la estrella en forma de polvo. A medida que se enfría y se disipa, los granos de polvo absorberán parte de la luz que se dirige hacia nosotros y bloquearán nuestra vista.»

Todavía es cierto: Los astrónomos esperan que Betelgeuse explote como supernova en los próximos 100.000 años cuando su núcleo colapse. Pero el oscurecimiento de la estrella, que comenzó en octubre, no era necesariamente un signo de una supernova inminente, según Massey.

Una teoría era que el polvo recién formado absorbía parte de la luz de Betelgeuse. Otro postuló que las enormes células de convección dentro de Betelgeuse habían arrastrado material caliente hasta su superficie, donde se había enfriado antes de caer de nuevo al interior.

«Una forma sencilla de distinguir entre estas posibilidades es determinar la temperatura efectiva de la superficie de Betelgeuse», dijo Massey.

Medir la temperatura de una estrella no es una tarea sencilla. Los científicos no pueden apuntar con un termómetro a una estrella y obtener una lectura. Pero al observar el espectro de luz que emana de una estrella, los astrónomos pueden calcular su temperatura.

«Emily y yo habíamos estado en contacto sobre Betelgeuse, y ambos estuvimos de acuerdo en que lo obvio era obtener un espectro», dijo Massey. «Ya tenía programado un tiempo de observación en el telescopio Lowell Discovery de 4,3 metros, y sabía que si jugaba un rato, podría obtener un buen espectro a pesar de que Betelgeuse sigue siendo una de las estrellas más brillantes del cielo.»

La luz de estrellas brillantes a menudo es demasiado fuerte para un espectro detallado, pero Massey empleó un filtro que efectivamente «amortiguaba» la señal para que pudieran extraer el espectro para una firma en particular: la absorbancia de la luz por moléculas de óxido de titanio.

El óxido de titanio puede formarse y acumularse en las capas superiores de estrellas grandes y relativamente frías como Betelgeuse, según Levesque. Absorbe ciertas longitudes de onda de luz, dejando «palas» reveladoras en el espectro de supergigantes rojas que los científicos pueden usar para determinar la temperatura de la superficie de la estrella.

Según sus cálculos, la temperatura media de la superficie de Betelgeuse en febrero. 14 era de unos 3.325 grados Celsius, o 6.017 F. Eso es solo 50-100 grados Celsius más frío que la temperatura que un equipo, incluidos Massey y Levesque, había calculado como temperatura superficial de Betelgeuse en 2004, años antes de que comenzara su dramática atenuación.

Estos hallazgos arrojan dudas de que Betelgeuse se esté atenuando porque una de las células de convección masiva de la estrella había traído gas caliente desde el interior a la superficie, donde se había enfriado. Muchas estrellas tienen estas células de convección, incluido nuestro propio sol. Se parecen a la superficie de una olla de agua hirviendo, dijo Levesque. Pero mientras que las células de convección en nuestro sol son numerosas y relativamente pequeñas, aproximadamente del tamaño de Texas o México, las supergigantes rojas como Betelgeuse, que son más grandes, más frías y tienen una gravedad más débil, tienen solo tres o cuatro células de convección masivas que se extienden sobre gran parte de sus superficies.

Una simulación de células de convección gigantes en una estrella supergigante roja hipotética.Bernd Freytag/Universidad de Uppsala

Si una de estas células masivas se hubiera elevado a la superficie de Betelgeuse, Levesque y Massey habrían registrado una disminución sustancialmente mayor en la temperatura de lo que ven entre 2004 y 2020.

Una imagen de Betelgeuse capturada en 2017 por el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, que muestra células de convección probables en la superficie.ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / E. O’Gorman / P. Kervella

«Una comparación con nuestro espectro de 2004 mostró inmediatamente que la temperatura no había cambiado significativamente», dijo Massey. «Sabíamos que la respuesta tenía que ser el polvo.»

Los astrónomos han observado nubes de polvo alrededor de otras supergigantes rojas, y observaciones adicionales pueden revelar un desorden similar alrededor de Betelgeuse.

En las últimas semanas, Betelgeuse ha comenzado a brillar de nuevo, aunque ligeramente. Incluso si el oscurecimiento reciente no fue una indicación de que la estrella explotaría pronto, para Levesque y Massey, no es razón para dejar de mirar.

«Las supergigantes rojas son estrellas muy dinámicas», dijo Levesque. «Cuanto más aprendamos sobre su comportamiento normal (fluctuaciones de temperatura, polvo, células de convección), mejor podremos entenderlos y reconocer cuándo puede ocurrir algo verdaderamente único, como una supernova.»

La investigación fue financiada por subvenciones al Observatorio Lowell, la Corporación de Investigación para el Avance Científico y la Fundación Nacional de Ciencias.

Para obtener más información, póngase en contacto con Levesque en [email protected] y Massey en [email protected] Etiqueta(s).

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