Ultimamente, Betelgeuse tem sido o centro das atenções significativas da mídia. A supergigante vermelha está chegando ao fim de sua vida e, quando uma estrela com mais de 10 vezes a massa do Sol morre, sai de maneira espetacular. Com seu brilho recentemente caindo no ponto mais baixo dos últimos cem anos, muitos entusiastas do espaço estão entusiasmados com o fato de Betelgeuse em breve tornar-se supernova, explodindo em uma exibição deslumbrante que pode ser visível mesmo durante o dia.
Embora a famosa estrela no ombro de Orion provavelmente atinja seu desaparecimento nos próximos milhões de anos – praticamente dois dias no tempo cósmico -, os cientistas afirmam que seu escurecimento é devido à pulsação da estrela. O fenômeno é relativamente comum entre os gigantes vermelhos, e há décadas sabe-se que Betelgeuse está nesse grupo.
Coincidentemente, pesquisadores da UC Santa Barbara já fizeram previsões sobre o brilho da supernova que resultaria quando uma estrela pulsante como Betelgeuse explodisse.
O estudante de pós-graduação em física Jared Goldberg publicou um estudo com Lars Bildsten, diretor do Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) e Professor de Física Gluck do campus, e com o colega sênior do KITP Bill Paxton, detalhando como a pulsação de uma estrela afetará a explosão resultante quando ela chegar ao fim. O artigo aparece no Astrophysical Journal.
“Queríamos saber como seria se uma estrela pulsante explodisse em diferentes fases da pulsação”, disse Goldberg, pesquisador da National Science Foundation. “Os modelos anteriores são mais simples porque não incluem os efeitos dependentes do tempo das pulsações”.
Quando uma estrela do tamanho de Betelgeuse finalmente fica sem material para se fundir em seu centro, perde a pressão externa que a impedia de entrar em colapso com seu imenso peso. O colapso resultante do núcleo acontece em meio segundo, muito mais rápido do que a superfície da estrela e as camadas externas inchadas da estrela possam perceber.
À medida que o núcleo de ferro entra em colapso, os átomos se desassociam em elétrons e prótons. Eles se combinam para formar nêutrons e, no processo, liberam partículas de alta energia chamadas neutrinos. Normalmente, os neutrinos mal interagem com outras matérias – 100 trilhões deles passam pelo seu corpo a cada segundo sem uma única colisão. Dito isto, as supernovas estão entre os fenômenos mais poderosos do universo. Os números e as energias dos neutrinos produzidos no colapso do núcleo são tão imensos que, embora apenas uma pequena fração colida com o material estelar, geralmente é mais do que suficiente para lançar uma onda de choque capaz de explodir a estrela.
Essa explosão resultante atinge as camadas externas da estrela com energia estupefata, criando uma explosão que pode ofuscar brevemente uma galáxia inteira. A explosão permanece brilhante por cerca de 100 dias, já que a radiação pode escapar apenas uma vez que o hidrogênio ionizado se recombina com os elétrons perdidos para se tornar neutro novamente. Isso procede de fora para dentro, o que significa que os astrônomos vêem mais fundo a supernova à medida que o tempo passa, até que finalmente a luz do centro pode escapar. Nesse ponto, tudo o que resta é o brilho fraco dos resíduos radioativos, que podem continuar a brilhar por anos.
As características de uma supernova variam com a massa da estrela, a energia total de explosão e, principalmente, o seu raio. Isso significa que a pulsação de Betelgeuse torna a previsão de como ela explodirá um pouco mais complicada.
Os pesquisadores descobriram que, se a estrela inteira estiver pulsando em uníssono – inspirando e expirando, se desejar – a supernova se comportará como se Betelgeuse fosse uma estrela estática com um raio determinado. No entanto, diferentes camadas da estrela podem oscilar uma contra a outra: as camadas externas se expandem enquanto as camadas intermediárias se contraem e vice-versa.
Para o caso de pulsação simples, o modelo da equipe produziu resultados semelhantes aos modelos que não foram responsáveis ??pela pulsação. “Parece uma supernova de uma estrela maior ou de uma estrela menor em diferentes pontos da pulsação”, explicou Goldberg. “É quando você começa a considerar pulsações mais complicadas, onde há coisas se movendo ao mesmo tempo que coisas se movendo – então nosso modelo realmente produz diferenças visíveis”, disse ele.
Nesses casos, os pesquisadores descobriram que, à medida que a luz vaza de camadas progressivamente mais profundas da explosão, as emissões pareceriam o resultado de supernovas de estrelas de diferentes tamanhos.
“A luz da parte da estrela que é comprimida é mais fraca”, explicou Goldberg, “exatamente como seria de esperar de uma estrela mais compacta e não pulsante”. Enquanto isso, a luz de partes da estrela que estavam se expandindo na época pareceria mais brilhante, como se viesse de uma estrela maior e não pulsante.
Goldberg planeja enviar um relatório às Notas de Pesquisa da Sociedade Astronômica Americana com Andy Howell, professor de física, e Evan Bauer, pesquisador de pós-doutorado do KITP, resumindo os resultados das simulações realizadas especificamente em Betelgeuse. Goldberg também está trabalhando com o kitd pós-doc Benny Tsang da KITP para comparar diferentes técnicas de transferência radiativa para supernovas e com o estudante de física Daichi Hiramatsu na comparação de modelos teóricos de explosão com observações de supernova.
Publicado em 28/02/2020 22h59
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