regolazione della luminosità della Stella probabilmente non è freddo, polverosi, nuovo studio mostra

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il 6 Marzo 2020

Osservazioni della stella Betelgeuse scattate dal Very Large Telescope dell’ESO nel gennaio e dicembre 2019, che mostrano il sostanziale oscuramento della stella.ESO / M. Montargès et al.

Alla fine dell’anno scorso, la notizia che la stella Betelgeuse stava svanendo in modo significativo, alla fine scendendo a circa il 40% della sua luminosità abituale. L’attività alimentò la speculazione popolare che la supergigante rossa sarebbe presto esplosa come una massiccia supernova.

Ma gli astronomi hanno teorie più benigne per spiegare il comportamento di oscuramento della stella. E gli scienziati dell’Università di Washington e dell’Osservatorio Lowell credono di avere il supporto per uno di loro: Betelgeuse non si sta oscurando perché sta per esplodere — è solo polveroso.

In un documento accettato per Astrophysical Journal Letters e pubblicato sul sito preprint arXiv, Emily Levesque, un professore associato UW di astronomia, e Philip Massey, un astronomo con Lowell Observatory, riferiscono che le osservazioni di Betelgeuse preso febbraio. 14 al Flagstaff, Arizona, osservatorio ha permesso loro di calcolare la temperatura media superficiale della stella. Hanno scoperto che Betelgeuse è significativamente più caldo del previsto se il recente oscuramento è stato causato da un raffreddamento della superficie della stella.

I nuovi calcoli supportano la teoria che Betelgeuse — come molte stelle supergiganti rosse sono inclini a fare — ha probabilmente sloughed fuori un po ‘ di materiale dai suoi strati esterni.

Un’immagine a luce visibile di VY Canis Majoris, una stella supergigante rossa che è in gran parte oscurata dalla polvere, scattata nel 2005.NASA / ESA / R. Humphreys / University of Minnesota

“Lo vediamo tutto il tempo nelle supergiganti rosse, ed è una parte normale del loro ciclo di vita”, ha detto Levesque. “Le supergiganti rosse perdono occasionalmente materiale dalle loro superfici, che si condensano intorno alla stella come polvere. Mentre si raffredda e si dissipa, i granelli di polvere assorbiranno parte della luce che si dirige verso di noi e bloccheranno la nostra vista.”

È ancora vero: gli astronomi si aspettano che Betelgeuse esploda come supernova entro i prossimi 100.000 anni quando il suo nucleo collassa. Ma l’oscuramento della stella, iniziato a ottobre, non era necessariamente un segno di una supernova imminente, secondo Massey.

Una teoria era che la polvere appena formata stava assorbendo parte della luce di Betelgeuse. Un altro postulò che enormi celle di convezione all’interno di Betelgeuse avevano attirato materiale caldo fino alla sua superficie, dove si era raffreddato prima di ricadere all’interno.

“Un modo semplice per distinguere tra queste possibilità è determinare la temperatura superficiale effettiva di Betelgeuse”, ha affermato Massey.

Misurare la temperatura di una stella non è un compito semplice. Gli scienziati non possono semplicemente puntare un termometro a una stella e ottenere una lettura. Ma osservando lo spettro di luce che emana da una stella, gli astronomi possono calcolare la sua temperatura.

“Emily e io eravamo stati in contatto con Betelgeuse, ed entrambi eravamo d’accordo che la cosa ovvia da fare era ottenere uno spettro”, ha detto Massey. “Avevo già programmato il tempo di osservazione sul telescopio Lowell Discovery di 4,3 metri, e sapevo che se avessi giocato per un po’ sarei stato in grado di ottenere un buon spettro nonostante Betelgeuse fosse ancora una delle stelle più luminose del cielo.”

La luce delle stelle luminose è spesso troppo forte per uno spettro dettagliato, ma Massey ha impiegato un filtro che ha effettivamente” smorzato ” il segnale in modo da poter estrarre lo spettro per una firma particolare: l’assorbanza della luce da parte di molecole di ossido di titanio.

L’ossido di titanio può formarsi e accumularsi negli strati superiori di grandi stelle relativamente fredde come Betelgeuse, secondo Levesque. Assorbe determinate lunghezze d’onda della luce, lasciando “scoop” rivelatori nello spettro delle supergiganti rosse che lo scienziato può utilizzare per determinare la temperatura superficiale della stella.

Dai loro calcoli, la temperatura media superficiale di Betelgeuse il febbraio. 14 era di circa 3.325 gradi Celsius, o 6.017 F. Questo è solo 50-100 gradi Celsius più freddo della temperatura che una squadra — tra cui Massey e Levesque — aveva calcolato come temperatura superficiale di Betelgeuse nel 2004, anni prima che iniziasse il suo drammatico oscuramento.

Questi risultati mettono in dubbio che Betelgeuse si stia attenuando perché una delle massicce celle di convezione della stella aveva portato gas caldo dall’interno alla superficie, dove si era raffreddato. Molte stelle hanno queste cellule di convezione, incluso il nostro sole. Assomigliano alla superficie di una pentola di acqua bollente, disse Levesque. Ma mentre le cellule di convezione sul nostro sole sono numerose e relativamente piccole-all’incirca le dimensioni del Texas o del Messico — supergiganti rosse come Betelgeuse, che sono più grandi, più fredde e hanno una gravità più debole, sfoggiano solo tre o quattro massicce cellule di convezione che si estendono su gran parte delle loro superfici.

Una simulazione di celle di convezione giganti su un’ipotetica stella supergigante rossa.Bernd Freytag / Uppsala University

Se una di queste cellule massicce fosse salita sulla superficie di Betelgeuse, Levesque e Massey avrebbero registrato una diminuzione della temperatura sostanzialmente maggiore di quella che vedono tra il 2004 e il 2020.

Un’immagine di Betelgeuse catturata nel 2017 dall’array Atacama Large Millimeter / submillimeter, che mostra probabili celle di convezione in superficie.ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / E. O’Gorman / P. Kervella

“Un confronto con il nostro spettro del 2004 ha mostrato immediatamente che la temperatura non era cambiata in modo significativo”, ha detto Massey. “Sapevamo che la risposta doveva essere polvere.”

Gli astronomi hanno osservato nuvole di polvere attorno ad altre supergiganti rosse, e ulteriori osservazioni potrebbero rivelare un simile disordine intorno a Betelgeuse.

Nelle ultime settimane, Betelgeuse ha effettivamente iniziato a schiarirsi di nuovo, anche se leggermente. Anche se il recente oscuramento non fosse un’indicazione che la stella sarebbe presto esplosa, per Levesque e Massey, non c’è motivo di smettere di guardare.

“Le supergiganti rosse sono stelle molto dinamiche”, ha detto Levesque. “Più possiamo conoscere il loro comportamento normale-fluttuazioni di temperatura, polvere, cellule di convezione — meglio possiamo capirli e riconoscere quando qualcosa di veramente unico, come una supernova, potrebbe accadere.”

La ricerca è stata finanziata da sovvenzioni all’Osservatorio Lowell, alla Research Corporation for Scientific Advancement e alla National Science Foundation.

Per ulteriori informazioni, contattare Levesque a [email protected] e Massey a [email protected].

Tag(s): astronomia & astrofisica * College of Arts & Scienze * Dipartimento di Astronomia * Emily Levesque