Betelgeuse, la stella luminosa nella costellazione di Orione, ha affascinato gli astronomi negli ultimi mesi a causa del suo calo di luminosità insolitamente forte. Gli scienziati hanno discusso una serie di scenari cercando di spiegare il suo comportamento. Ora un team guidato da Thavisha Dharmawardena del Max Planck Institute for Astronomy ha dimostrato che molto probabilmente macchie stellari insolitamente grandi sulla superficie di Betelgeuse hanno causato l'oscuramento. I loro risultati escludono la precedente congettura che fosse polvere, recentemente espulso da Betelgeuse, che oscurava la stella.

Le stelle giganti rosse come Betelgeuse subiscono frequenti variazioni di luminosità. Però, il sorprendente calo della luminosità di Betelgeuse a circa il 40% del suo valore normale tra ottobre 2019 e aprile 2020 è stato una sorpresa per gli astronomi. Gli scienziati hanno sviluppato vari scenari per spiegare questo cambiamento nella luminosità della stella, visibile ad occhio nudo e distante quasi 500 anni luce. Alcuni astronomi hanno persino ipotizzato un'imminente supernova. Un team internazionale di astronomi guidato da Thavisha Dharmawardena del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg ha ora dimostrato che le variazioni di temperatura nella fotosfera, cioè la superficie luminosa della stella, ha fatto diminuire la luminosità. La fonte più plausibile per tali cambiamenti di temperatura sono gigantesche macchie stellari fredde, simili a macchie solari, quale, però, coprono dal 50 al 70% della superficie della stella.

"Verso la fine della loro vita, le stelle diventano giganti rosse, " Spiega Dharmawardena. "Quando la loro scorta di carburante si esaurisce, cambiano i processi attraverso i quali le stelle rilasciano energia." Di conseguenza, si gonfiano, diventano instabili e pulsano con periodi di centinaia o addirittura migliaia di giorni, che vediamo come una fluttuazione di luminosità. Betelgeuse è una cosiddetta Supergigante Rossa, una stella che, rispetto al nostro sole, è circa 20 più massiccio e circa 1000 volte più grande. Se posizionato al centro del sistema solare, avrebbe quasi raggiunto l'orbita di Giove.

A causa delle sue dimensioni, l'attrazione gravitazionale sulla superficie della stella è minore che su una stella della stessa massa ma con raggio minore. Perciò, le pulsazioni possono espellere gli strati esterni di una tale stella con relativa facilità. Il gas rilasciato si raffredda e si sviluppa in composti che gli astronomi chiamano polvere. Questo è il motivo per cui le stelle giganti rosse sono un'importante fonte di elementi pesanti nell'Universo, da cui alla fine si evolvono i pianeti e gli organismi viventi. Gli astronomi hanno precedentemente considerato la produzione di polvere che assorbe la luce come la causa più probabile del forte declino della luminosità.

Per verificare questa ipotesi, Thavisha Dharmawardena e i suoi collaboratori hanno valutato i dati nuovi e d'archivio dell'Atacama Pathfinder Experiment (APEX) e del telescopio James Clerk Maxwell (JCMT). Questi telescopi misurano la radiazione dalla gamma spettrale delle onde submillimetriche (radiazione terahertz), la cui lunghezza d'onda è mille volte maggiore di quella della luce visibile. Invisibile agli occhi, gli astronomi li usano da tempo per studiare la polvere interstellare. La polvere fredda in particolare brilla a queste lunghezze d'onda.

"Ciò che ci ha sorpreso è che Betelgeuse è diventata del 20% più scura anche nella gamma delle onde submillimetriche, " riferisce Steve Mairs dell'Osservatorio dell'Asia orientale, che ha collaborato allo studio. L'esperienza mostra che tale comportamento non è compatibile con la presenza di polvere. Per una valutazione più precisa, lei ei suoi collaboratori hanno calcolato quale influenza avrebbe avuto la polvere sulle misurazioni in questa gamma spettrale. Si è scoperto che in effetti una riduzione della luminosità nell'intervallo inferiore al millimetro non può essere attribuita a un aumento della produzione di polvere. Anziché, la stella stessa deve aver causato il cambiamento di luminosità misurato dagli astronomi.

Le leggi fisiche ci dicono che la luminosità di una stella dipende dal suo diametro e soprattutto dalla sua temperatura superficiale. Se solo la dimensione della stella diminuisce, la luminosità diminuisce ugualmente in tutte le lunghezze d'onda. Però, le variazioni di temperatura influenzano in modo diverso la radiazione emessa lungo lo spettro elettromagnetico. Secondo gli scienziati, l'oscuramento misurato in luce visibile e onde submillimetriche è quindi evidenza di una riduzione della temperatura superficiale media di Betelgeuse, che quantificano a 200 K (o 200 °C).

"Però, è più probabile una distribuzione asimmetrica della temperatura, " spiega il coautore Peter Scicluna dell'Osservatorio europeo meridionale (ESO). "Le immagini ad alta risoluzione corrispondenti di Betelgeuse di dicembre 2019 mostrano aree di diversa luminosità. Insieme al nostro risultato, questa è una chiara indicazione di enormi macchie stellari che coprono tra il 50 e il 70% della superficie visibile e hanno una temperatura inferiore rispetto alla fotosfera più luminosa." Le macchie stellari sono comuni nelle stelle giganti, ma non su questa scala. Non si sa molto della loro vita. Però, i calcoli del modello teorico sembrano essere compatibili con la durata della caduta di luminosità di Betelgeuse.

Sappiamo dal sole che la quantità di macchie aumenta e diminuisce in un ciclo di 11 anni. Non è chiaro se le stelle giganti abbiano un meccanismo simile. Un'indicazione per questo potrebbe essere il precedente minimo di luminosità, che è stato anche molto più pronunciato rispetto a quelli degli anni precedenti. "Le osservazioni nei prossimi anni ci diranno se la forte diminuzione della luminosità di Betelgeuse è correlata a un ciclo spot. In ogni caso, Betelgeuse rimarrà un oggetto interessante per studi futuri, " Conclude Dharmawardena.