Hubble ajuda a resolver o mistério do escurecimento de Betelgeuse

Gigantesca nuvem de poeira originária da enorme estrela bloqueou sua luz, segundo cientistas

Concepção artística da redução de luminosidade de Betelgeuse: resultante da enorme emissão de material que, resfriado, formou uma nuvem de poeira, segundo os astrônomos. Crédito: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser

Novas observações do telescópio espacial Hubble, da Nasa/ESA, sugerem que o escurecimento inesperado da estrela supergigante Betelgeuse foi provavelmente causado por uma imensa quantidade de material quente ejetado para o espaço. Esse material formou uma nuvem de poeira que bloqueou a luz vinda da superfície de Betelgeuse. Um artigo sobre o assunto está programado para publicação na revista “The Astrophysical Journal”.

Betelgeuse é uma estrela supergigante vermelha envelhecida que aumentou de tamanho como resultado de mudanças complexas e evolutivas nos processos de fusão nuclear em seu núcleo. A estrela é tão grande que, se substituísse o Sol no centro do Sistema Solar, sua superfície externa se estenderia além da órbita de Júpiter. O fenômeno sem precedentes do grande escurecimento de Betelgeuse, eventualmente perceptível até mesmo a olho nu, começou em outubro de 2019. Em meados de fevereiro de 2020, o brilho dessa estrela monstruosa caiu em mais de um fator de três.

Esse escurecimento repentino confundiu os astrônomos, que procuraram desenvolver teorias para explicar a mudança abrupta. Graças às novas observações do Hubble, uma equipe de pesquisadores agora sugere que uma nuvem de poeira se formou quando o plasma superquente foi liberado de uma ressurgência de uma grande célula de convecção na superfície da estrela e passou pela atmosfera quente para as camadas externas mais frias, onde ele esfriou e formou poeira. A nuvem resultante bloqueou a luz de cerca de um quarto da superfície da estrela, começando no final de 2019. Em abril de 2020, a estrela havia retornado ao seu brilho normal.

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Primeira imagem direta de uma estrela diferente do Sol, feita com o Hubble, mostra Betelgeuse e sua enorme atmosfera em ultravioleta. Há também um ponto quente misterioso na superfície. Crédito: Andrea Dupree (Harvard-Smithsonian CfA), Ronald Gilliland (STScI), Nasa e ESA
Mecanismo revelado

Vários meses de observações espectroscópicas de luz ultravioleta do Hubble em Betelgeuse, começando em janeiro de 2019, produziram uma linha do tempo que levou ao escurecimento da estrela. Essas observações forneceram novas e importantes pistas para o mecanismo por trás do escurecimento. O Hubble viu um material denso e aquecido movendo-se pela atmosfera da estrela em setembro, outubro e novembro de 2019. Então, em dezembro, vários telescópios terrestres observaram a estrela diminuindo de brilho em seu hemisfério sul.

“Com o Hubble, vemos o material conforme ele deixou a superfície visível da estrela e se moveu pela atmosfera, antes que a poeira formada fizesse com que a estrela parecesse escurecer”, disse a pesquisadora principal Andrea Dupree, diretora associada do Centro de Astrofísica|Harvard & Smithsonian. “Pudemos ver o efeito de uma região densa e quente na parte sudeste da estrela movendo-se para fora.”

“Esse material era duas a quatro vezes mais luminoso do que o brilho normal da estrela”, ela prosseguiu. “E então, cerca de um mês depois, o hemisfério sul de Betelgeuse esmaeceu visivelmente enquanto a estrela ficava mais fraca. Achamos que é possível que uma nuvem escura resultou do fluxo que o Hubble detectou. Apenas o Hubble nos dá essa evidência do que levou ao escurecimento.”

A equipe começou a usar o Hubble no início do ano passado para analisar a estrela. Suas observações são parte de um estudo do Hubble de três anos para monitorar variações na atmosfera externa de Betelgeuse. A sensibilidade do telescópio à luz ultravioleta permitiu aos pesquisadores sondar as camadas acima da superfície da estrela, as quais são tão quentes que emitem principalmente na região ultravioleta do espectro e não são vistas na luz visível. Essas camadas são aquecidas em parte pelas turbulentas células de convecção da estrela, que borbulham até a superfície.

Composição colorida feita a partir das exposições do Digitized Sky Survey 2 (DSS2). Ele mostra a área ao redor da estrela supergigante vermelha Betelgeuse. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2 (agradecimento: Davide De Marti)
Resfriamento

“A resolução espacial de uma superfície estelar só é possível em casos favoráveis ​​e apenas com o melhor equipamento disponível”, disse Klaus Strassmeier, do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP), na Alemanha. “Nesse sentido, Betelgeuse e o Hubble são feitos um para o outro.”

No início e no final de 2019 e em 2020, o Hubble sondou a atmosfera externa da estrela medindo linhas espectrais de magnésio ionizado. De setembro a novembro de 2019, os pesquisadores mediram o material passando da superfície da estrela para a atmosfera externa. Esse material quente e denso continuou a viajar além da superfície visível de Betelgeuse, alcançando milhões de quilômetros a partir da estrela. A essa distância, o material resfriou o suficiente para formar poeira, disseram os pesquisadores.

Essa interpretação é consistente com as observações de luz ultravioleta do Hubble em fevereiro de 2020. Elas mostraram que o comportamento da atmosfera externa da estrela voltou ao normal, embora na luz visível ainda estivesse escurecendo.

Pulsação

Embora não saiba a causa da explosão, Dupree acha que foi auxiliada pelo ciclo de pulsação da estrela, que continuou normalmente durante o evento, conforme registrado por observações na luz visível. Strassmeier usou um telescópio automatizado do Instituto de Astrofísica Leibniz chamado STELLar Activity (STELLA) para medir as mudanças na velocidade do gás na superfície da estrela conforme ele subia e descia durante o ciclo de pulsação. A estrela estava se expandindo em seu ciclo ao mesmo tempo que a célula convectiva ressurgia. A pulsação ondulando para fora de Betelgeuse pode ter ajudado a impulsionar o plasma que fluía pela atmosfera.

A supergigante vermelha está destinada a terminar sua vida em uma explosão de supernova, e alguns astrônomos pensam que o escurecimento repentino pode ser um evento pré-supernova. A estrela está relativamente próxima, a cerca de 725 anos-luz de distância. Então, o escurecimento teria acontecido por volta do ano 1300, já que sua luz está alcançando a Terra agora.

Dupree e seus colaboradores terão outra chance de observar a estrela com o Hubble no final de agosto ou início de setembro. No momento, Betelgeuse está no céu diurno, muito perto do Sol para observações do Hubble.

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