Hubble descobre que o misterioso escurecimento de Betelgeuse é devido a uma explosão traumática

Este gráfico de quatro painéis ilustra como a região sul da estrela supergigante vermelha brilhante Betelgeuse pode ter se tornado subitamente mais fraca por vários meses durante o final de 2019 e início de 2020. Nos primeiros dois painéis, conforme visto em luz ultravioleta com o Espaço Hubble Telescópio, uma bolha brilhante e quente de plasma é ejetada do surgimento de uma enorme célula de convecção na superfície da estrela. No painel três, o gás expelido que flui se expande rapidamente para fora. Ele esfria para formar uma enorme nuvem de grãos de poeira obscurecendo. O painel final revela a enorme nuvem de poeira bloqueando a luz (vista da Terra) de um quarto da superfície da estrela. Crédito: NASA, ESA e E. Wheatley (STScI)

Observações recentes de Betelgeuse revelaram que os períodos de escurecimento inesperados e significativos da estrela no final de 2019 e início de 2020 foram provavelmente causados pela ejeção e resfriamento de gases quentes densos, e que a estrela pode estar passando por outro período de escurecimento mais de um ano antes .

Entre outubro e novembro de 2019, o Telescópio Espacial Hubble observou material denso e aquecido se movendo para fora através da atmosfera estendida da estrela a 200.000 milhas por hora. No mês seguinte, vários telescópios terrestres observaram uma diminuição no brilho no hemisfério sul de Betelgeuse, como se algo estivesse bloqueando a luz nesta região da estrela. Em fevereiro de 2020, a estrela havia perdido mais de dois terços de seu brilho, um escurecimento visível até mesmo a olho nu, criando um burburinho de que a estrela poderia estar se transformando em uma supernova. Continuadas observações espectroscópicas de luz ultravioleta com o Hubble forneceram uma linha do tempo para os pesquisadores seguirem, como migalhas de pão voltando no tempo para localizar a fonte do misterioso escurecimento.

“Com o Hubble, observamos anteriormente células de convecção quente na superfície de Betelgeuse e no outono de 2019 descobrimos uma grande quantidade de gás quente denso movendo-se para fora da atmosfera estendida de Betelgeuse. Acreditamos que esse gás resfriou milhões de milhas fora da estrela para formar a poeira que bloqueou a parte sul da estrela fotografada em janeiro e fevereiro “, disse Andrea Dupree, diretora associada do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian e principal autor do estudo. “O material era duas a quatro vezes mais luminoso do que o brilho normal da estrela. E então, cerca de um mês depois, a parte sul de Betelgeuse esmaeceu visivelmente à medida que a estrela ficava mais fraca. Acreditamos ser possível que uma nuvem escura resultou do fluxo de saída do Hubble detectado. Apenas o Hubble nos dá essa evidência que levou ao escurecimento. ”

Este gráfico espectral é baseado em observações do Telescópio Espacial Hubble de março de 2019 a fevereiro de 2020. O Hubble registrou uma explosão surpreendente na atmosfera da estrela supergigante vermelha Betelgeuse. Medidas de emissão do magnésio II foram usadas para rastrear o movimento na atmosfera pulsante da estrela. O Espectrógrafo de Imagens do Telescópio Espacial do Hubble capturou um aumento dramático no brilho da emissão de magnésio em outubro de 2019, na região sudeste da estrela, conforme delineado pelo círculo branco. (Betelgeuse está perto e grande o suficiente para que o Hubble resolva o enorme disco da estrela.) Este evento traumático foi diferente do que é normalmente visto no período de pulsação de 420 dias da estrela. Ao mesmo tempo, em outubro, a estrela começou a escurecer abruptamente. Esse desbotamento continuou até fevereiro de 2020, quando os dados espectrais ultravioleta do Hubble voltaram ao normal. Suspeita-se que a explosão tenha ejetado uma nuvem de plasma quente que resfriou para formar poeira que bloqueou uma parte significativa da luz da estrela por alguns meses. A longa linha de base do Hubble para monitorar a estrela ajudou a juntar as peças do quebra-cabeça. Crédito: NASA, ESA, A. Dupree (CfA) e E. Wheatley (STScI)

E Betelgeuse trouxe outra surpresa para os cientistas quando as observações do Hubble revelaram que o plasma detectado não foi ejetado dos pólos rotacionais da estrela, conforme previsto por modelos estelares. “As observações do Hubble sugerem que o material pode ser expulso de qualquer parte da superfície estelar”, disse Dupree, acrescentando que a atividade recente em Betelgeuse não era normal para esta estrela. Dupree observou que Betelgeuse está perdendo massa a uma taxa 30 milhões de vezes maior do que o Sol, mas que a atividade recente resultou em uma perda de aproximadamente duas vezes a quantidade normal de material do hemisfério sul sozinho. “Todas as estrelas estão perdendo material para o meio interestelar, e não sabemos como esse material é perdido. É um vento suave soprando o tempo todo? Ou vem aos trancos e barrancos? Talvez com um evento como o que descobrimos em Betelgeuse? Sabemos que outras estrelas luminosas mais quentes perdem material e rapidamente se transforma em pó, fazendo com que a estrela pareça muito mais fraca. Mas em mais de um século e meio, isso não aconteceu com Betelgeuse. É muito original. ”

Observações complementares usando o Observatório de Atividades STELLAr – STELLA – mediram as mudanças na velocidade da superfície da estrela conforme ela subia e descia durante o ciclo de pulsação, criando um efeito de ondulação que pode ter impulsionado o plasma que flui através da atmosfera da estrela. “Vimos todas as linhas de absorção no espectro azul mudadas e sabíamos que a estrela estava se expandindo”, disse Klaus G. Strassmeier, diretor de campos magnéticos cósmicos do Leibniz-Institut fur Astrophysik Potsdam (AIP) e co-autor do estudo. “Quando o escurecimento começou, o deslocamento para o azul se tornou cada vez menor e, na verdade, reverteu para um deslocamento para o vermelho quando a estrela estava mais fraca. Portanto, sabíamos que o escurecimento deve estar relacionado de uma forma ou de outra à expansão e contração da fotosfera da estrela, mas só isso não poderia ter causado tanto escurecimento. ”

Uma imagem do Imageador Heliosférico a bordo da espaçonave STEREO da NASA mostra a estrela Betelgeuse, circulada. Por várias semanas em 2020, STEREO foi o único observatório fazendo medições de Betelgeuse por causa da posição única da espaçonave no espaço. Créditos: NASA / STEREO / HI

À medida que a estrela se movia para o céu diurno e fora da visão do Hubble e STELLA, os pesquisadores recorreram ao Observatório Solar das Relações Terrestres – ESTÉREO – da NASA para monitorar o brilho da supergigante. Mas as observações do verão revelaram uma surpresa surpreendente: escurecimento mais inesperado. Entre o final de junho e o início de agosto de 2020, a STEREO observou Betelgeuse em cinco dias separados, medindo o brilho relativo da estrela em comparação com outras estrelas. “Nossas observações de Betelgeuse com STEREO confirmam que a estrela está escurecendo novamente. Betelgeuse normalmente passa por ciclos de brilho que duram cerca de 420 dias e, como o mínimo anterior acontecia em fevereiro de 2020, esse novo escurecimento é mais de um ano antes do previsto”, disse Dupree, que planeja observar Betelgeuse com STEREO novamente no próximo ano, durante o máximo da estrela, para monitorar explosões inesperadas.

Esta figura mostra as medições do brilho de Betelgeuse de diferentes observatórios do final de 2018 até o presente. Os pontos azuis e verdes representam dados de observatórios baseados em solo. As lacunas nessas medições acontecem quando Betelgeuse aparece no céu diurno da Terra, tornando impossível fazer medições precisas de brilho. Durante esta lacuna de observação em 2020, a espaçonave STEREO da NASA – com medições mostradas em vermelho – entrou para observar Betelgeuse de seu ponto de vista exclusivo, revelando um escurecimento inesperado pela estrela. O ponto de dados de 2018 do STEREO foi encontrado nos dados de arquivo da missão e foi usado para calibrar as medições do STEREO em relação a outros telescópios. Crédito: Dupree, et al.

O intenso interesse em torno de Betelgeuse acendeu-se no final do ano passado, à medida que a estrela continuava a escurecer cada vez mais, um comportamento que alguns cientistas disseram que indicava que a velha estrela estava prestes a se tornar uma supernova. Como uma estrela variável que se expande e se contrai, escurecendo e brilhando ao longo de cada ciclo, “Betelgeuse é uma estrela brilhante em nossa galáxia, perto do fim de sua vida que provavelmente se tornará uma supernova. Quando a estrela ficou muito fraca em fevereiro de 2020, este foi o mais fraco desde que as medições começaram, há mais de 150 anos “, disse Dupree. “O escurecimento era óbvio para todos quando olhavam para a constelação de Orion; era muito estranho, Betelgeuse estava quase desaparecendo.” A 725 anos-luz de distância, a luz – e escurecimento – vista de Betelgeuse hoje na Terra deixou a estrela no ano de 1300. “Ninguém sabe como uma estrela se comporta nas semanas antes de explodir, e havia algumas previsões sinistras de que Betelgeuse estava pronta para se tornar uma supernova. As chances são, no entanto, de que ela não explodirá durante a nossa vida, mas quem sabe? “

Publicado em 14/08/2020 21h26

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