Durante meses, os observadores do céu desfrutaram de uma vista do céu noturno que não é familiar a ninguém vivo hoje: um céu em que Betelgeuse, uma das 10 estrelas mais brilhantes do céu, diminuiu para cerca de 25, mais ou menos como as estrelas do cinturão de Orion. O escurecimento parece ter se estabilizado por enquanto; Betelgeuse permanece constante desde o final de janeiro. Este é o mais fraco Betelgeuse, um dos supergigantes vermelhos mais próximos da Terra, já apareceu em nossas vidas.
Apenas alguns dias atrás, foi divulgada a primeira imagem da forma da estrela desde o início do escurecimento, mostrando mudanças significativas desde a última vez em que foi observada em sua forma, brilho e extensão luminosa. As especulações sobre o destino de curto prazo de Betelgeuse, que deve acabar em uma supernova, estão em alta, com todos querendo saber se e quando isso vai explodir. Mas a resposta provavelmente é “não tão cedo”, e os astrônomos sabem que esse é o caso. Aqui está o motivo.
Apesar de ser uma estrela supergigante vermelha, Betelgeuse tem muito em comum com o nosso próprio sol. Ambos possuem uma região central onde ocorre a fusão nuclear. Ambos têm grandes zonas radiativas, onde a luz e a energia geradas pelas reações de fusão do núcleo se propagam para fora, seguindo um caminho de “passeio aleatório” para chegar lá. E ambos têm fotosferas difusas, onde a luz, tendo se propagado para as camadas mais externas da estrela, finalmente é liberada no Universo.
Como todas as estrelas, o Sol e Betelgeuse transportam energia de maneira complexa, impulsionada por correntes elétricas em larga escala, campos magnéticos, partículas em movimento e convecção termicamente acionada. A ciência da magneto-hidrodinâmica determina como tudo isso ocorre em detalhes, com processos que ocorrem no núcleo eventualmente se propagando para a fotosfera e influenciando o que acabamos observando.
No entanto, o que acontece no núcleo leva muito tempo para chegar à fotosfera. Quando elementos leves se fundem em elementos pesados no núcleo de uma estrela, é produzida energia. Esses quanta energéticos colidem com outras partículas no interior da estrela, trocando energia e fazendo com que quaisquer fótons se movimentem em direções aleatórias. Dado o grande número de partículas no interior de uma estrela e o tamanho típico de uma estrela, leva muito tempo para que qualquer alteração no núcleo da estrela se propague para o que pensamos vagamente como a superfície da estrela.
Em nosso próprio Sol, essa escala de tempo está entre 100.000 e 200.000 anos: a quantidade típica de tempo que a energia produzida em uma reação de fusão leva para atingir a fotosfera. A luz que vemos do nosso próprio Sol pode demorar um pouco mais de 8 minutos para alcançar nossos olhos a partir do momento em que sai da fotosfera, mas leva mais de 100.000 anos para que a luz produzida no núcleo atinja a fotosfera no primeiro Lugar, colocar.
Com uma estrela como Betelgeuse, que é significativamente mais massiva (cerca de 20 vezes a massa do nosso Sol), mas também muito maior (do tamanho da órbita de Júpiter), esse ainda é um grande problema. É absolutamente verdade que as camadas externas das estrelas supergigantes vermelhas variam, consistindo em várias células convectivas grandes que descem uma profundidade significativa no interior da estrela. Dentro de uma estrela como essa, a energia é trocada e transportada entre as várias camadas de maneira complexa e intricada, com a energia do núcleo ainda demorando muito tempo para se propagar para as camadas externas da estrela.
Não é tão ruim para uma estrela como Betelgeuse como ~ 100.000 anos, que é muito mais baixa densidade (e, portanto, tem uma taxa mais baixa de interações de partículas) do que o nosso Sol, mas ainda leva algum tempo na ordem de milênios para as mudanças que ocorrem em sua núcleo para se propagar à sua fotosfera.
Dito isto, vemos absolutamente que o Betelgeuse, como todos os gigantes gigantes que observamos ou simulamos, é extremamente variável em forma, tamanho, brilho e distribuição de brilho. As alterações que ocorrem em suas camadas mais externas ocorrem em escalas de tempo de alguns meses, em vez de milhares de anos. Mesmo eventos violentos, como a ejeção da matéria (que é o que provavelmente está escurecendo substancialmente a estrela), não têm relação com o que está ocorrendo no núcleo.
O que é um pouco lamentável, porque tudo o que podemos observar é o que está acontecendo na camada mais externa de Betelgeuse: a fotosfera. Também podemos fazer observações do que acontece fora dessa fotosfera, onde usamos observações de vários comprimentos de onda para descobrir e mapear uma enorme quantidade de matéria estendida que foi sem dúvida lançada ao longo de séculos e milênios.
Mas nada disso fornece qualquer indicação do que realmente está ocorrendo no núcleo, que é a informação que realmente precisamos para determinar quando ou se é mais provável que Betelgeuse seja supernova. Dentro de uma supergigante vermelha como essa, esperamos plenamente que a estrela tenha passado para o estágio em que está fundindo carbono em seu núcleo. Para se tornar uma supernova, no entanto, é necessário proceder de:
– fundindo carbono em seu núcleo interno, – para fundir o neon em seu núcleo interno, – para fundir oxigênio em seu núcleo interno, – fundir silício em seu núcleo interno.
Somente quando o silício no núcleo estiver esgotado, deixando um resíduo de “cinza” de ferro, níquel e cobalto (que não se fundirá e liberará energia sob essas condições), a supernova realmente ocorrerá.
Infelizmente, nossa compreensão das estrelas é boa o suficiente para termos certeza absoluta de que nenhuma mudança na superfície que veremos é uma indicação do que está ocorrendo no núcleo da estrela. O único sinal observável que teremos não é visual, mas vem na forma de neutrinos. Enquanto a transição entre carbono, néon, oxigênio e queima de silício não oferece mudança na luminosidade ou temperatura da estrela, o espectro de neutrinos muda tanto na energia por neutrino quanto no fluxo total de neutrinos.
Mesmo na Terra, a cerca de 640 anos-luz de Betelgeuse, os estágios finais dessa transição serão perceptíveis. Durante a queima de silício, haverá um estágio em que a energia com a qual cada (anti) neutrino é produzido é suficiente para desencadear uma reação inversa de decaimento beta em nossos detectores terrestres, produzindo dezenas dessas interações durante as últimas horas finais do processo. a vida da estrela.
O sinal de neutrino que receberemos de Betelgeuse antes de se transformar em supernova é, até onde sabemos, o único sistema de alerta precoce que temos com algum tipo de mérito físico. O que temos visto com nossos próprios olhos e telescópios é fascinante, mas apenas evidência de variabilidade em estrelas supergigantes, algo que é conhecido e estudado muito bem há centenas de anos. O que está acontecendo com Betelgeuse não é tão incomum; é apenas notável porque Betelgeuse é tão próximo e tão familiar.
De todas as estrelas que já observamos onde uma supernova finalmente ocorreu, nunca descobrimos uma correlação entre um evento de escurecimento como este e uma supernova. Por mais que possamos esperar que um evento tão espetacular, raro e próximo, como uma supernova, ocorra em nossa vida, o recente desmaio de Betelgeuse não aponta nessa direção.
O que estamos vendo hoje, com base no brilho variável de Betelgeuse, é consistente com algo muito mais mundano do que “está prestes a se tornar uma supernova”. Em vez disso, o que parece estar acontecendo é simplesmente um grande evento de ejeção, onde a matéria das camadas externas de Betelgeuse – originárias talvez a um bilhão de quilômetros do núcleo – é ejetada no interior da estrela.
Uma vez que esse material chegue além da fotosfera, ele se expande e esfria, onde começa a absorver e obscurecer partes da luz das estrelas. O fato de uma porção de Betelgeuse parecer mais fraca que a restante é sugestivo de onde esse evento de ejeção ocorreu. Se é isso que realmente está acontecendo, podemos esperar plenamente que, nos próximos meses, o brilho permaneça estável, seguido de um realarecimento gradual ao seu status original. Até 2022 ou 2023, o mais tardar, Betelgeuse deve estar de volta ao top 10 para estrelas mais brilhantes no céu.
Embora seja improvável que Betelgeuse esteja prestes a explodir, devemos ter em mente que isso é uma possibilidade e uma inevitabilidade. Quando isso finalmente ocorrer, ele se tornará o evento astronômico mais amplamente visto na história da humanidade, visível para todos na Terra ao longo de um ano ou mais, numa época em que existem mais humanos na Terra do que nunca. Isso acontecerá eventualmente, mas provavelmente não por algo em torno de 100.000 anos.
Embora você deva sair e apreciar essa vista sem precedentes, como a Betelgeuse é apenas ~ 36% mais brilhante do que há um ano atrás, você deve ter em mente que suas variações de brilho atuais são devidas a processos apenas nas camadas mais externas, e não tem nada a ver com o seu núcleo. Betelgeuse pode ser supernova a qualquer momento, mas se o fizer, sua correlação com esse evento de escurecimento recente será devido a pura coincidência. O que acontece no núcleo não chega à superfície rápido o suficiente para nos dar pistas reais e significativas.
Publicado em 22/02/2020 10h01
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