Questo grafico a quattro pannelli illustra come la regione meridionale della rapida evoluzione, la stella supergigante rossa brillante Betelgeuse potrebbe essere diventata improvvisamente più debole per diversi mesi tra la fine del 2019 e l'inizio del 2020. Nei primi due pannelli, come si vede alla luce ultravioletta con il telescopio spaziale Hubble, un luminoso, una macchia calda di plasma viene espulsa dall'emergere di un'enorme cella di convezione sulla superficie della stella. Nel pannello tre, il gas espulso in uscita si espande rapidamente verso l'esterno. Si raffredda formando un'enorme nuvola di granelli di polvere oscuranti. Il pannello finale rivela l'enorme nuvola di polvere che blocca la luce (vista dalla Terra) da un quarto della superficie della stella. Credito:NASA, ESA, e E. Wheatley (STScI)
Recenti osservazioni di Betelgeuse hanno rivelato che i periodi di oscuramento inaspettati e significativi della stella alla fine del 2019 e all'inizio del 2020 sono stati molto probabilmente causati dall'espulsione e dal raffreddamento di gas caldi densi, e che la stella potrebbe attraversare un altro periodo di oscuramento con più di un anno di anticipo.
Tra ottobre e novembre 2019, Il telescopio spaziale Hubble ha osservato denso, materiale riscaldato che si muove verso l'esterno attraverso l'atmosfera estesa della stella a 200, 000 miglia orarie. Il mese successivo, diversi telescopi terrestri hanno osservato una diminuzione della luminosità nell'emisfero sud di Betelgeuse, come se qualcosa stesse bloccando la luce in questa regione della stella. Entro febbraio 2020, la stella aveva perso più di due terzi del suo splendore, un oscuramento visibile anche ad occhio nudo, creando un ronzio che la stella potrebbe diventare una supernova. Le continue osservazioni spettroscopiche a luce ultravioletta con Hubble hanno fornito ai ricercatori una linea temporale da seguire, come briciole di pane che riportano indietro nel tempo per individuare la fonte del misterioso oscuramento.
"Con Hubble, in precedenza avevamo osservato celle di convezione calde sulla superficie di Betelgeuse e nell'autunno del 2019 abbiamo scoperto una grande quantità di gas caldo denso che si muoveva verso l'esterno attraverso l'atmosfera estesa di Betelgeuse. Pensiamo che questo gas si sia raffreddato a milioni di miglia dalla stella per formare la polvere che ha bloccato la parte meridionale della stella ripresa a gennaio e febbraio, " ha detto Andrea Dupree, direttore associato del Centro di Astrofisica | Harvard e Smithsonian, e autore principale dello studio. "Il materiale era da due a quattro volte più luminoso della normale luminosità della stella. E poi, circa un mese dopo, la parte meridionale di Betelgeuse si oscurò vistosamente mentre la stella diventava più debole. Riteniamo possibile che dal deflusso rilevato da Hubble sia derivata una nuvola scura. Solo Hubble ci fornisce questa prova che ha portato all'oscuramento".
Questo grafico spettrale si basa sulle osservazioni del telescopio spaziale Hubble da marzo 2019 a febbraio 2020. Hubble ha registrato un'esplosione sorprendente nell'atmosfera della vicina stella supergigante rossa Betelgeuse. Le misurazioni dell'emissione del magnesio II sono state utilizzate per tracciare il movimento nell'atmosfera pulsante della stella. Lo spettrografo di imaging del telescopio spaziale Hubble ha catturato un drammatico aumento della luminosità dell'emissione di magnesio nell'ottobre 2019, nella regione sud-est della stella, come indicato dal cerchio bianco. (Betelgeuse è abbastanza vicino e abbastanza grande da consentire a Hubble di risolvere l'enorme disco della stella.) Questo evento traumatico era diverso da quello che si vede normalmente nel periodo di pulsazione di 420 giorni della stella. Nello stesso mese di ottobre, la stella iniziò improvvisamente a oscurarsi. Questo sbiadimento è continuato fino a febbraio 2020, in quel momento i dati spettrali dell'ultravioletto di Hubble erano tornati alla normalità. Si sospetta che l'esplosione abbia espulso una nuvola di plasma caldo che si è raffreddato per formare polvere che ha bloccato una parte significativa della luce della stella per alcuni mesi. La lunga linea di base di Hubble per il monitoraggio della stella ha aiutato a mettere insieme i pezzi del puzzle. Credito:NASA, ESA, A. Dupree (CfA), e E. Wheatley (STScI)
E Betelgeuse ha riservato un'altra sorpresa agli scienziati quando le osservazioni di Hubble hanno rivelato che il plasma rilevato non è stato espulso dai poli di rotazione della stella come previsto dai modelli stellari. "Le osservazioni di Hubble suggeriscono che il materiale può essere allontanato da qualsiasi parte della superficie stellare, " disse Dupree, aggiungendo che l'attività recente su Betelgeuse non era normale per questa stella. Dupree ha notato che Betelgeuse sta perdendo massa a un ritmo 30 milioni di volte superiore a quello del Sole, ma quella recente attività ha provocato una perdita di circa due volte la normale quantità di materiale dal solo emisfero australe. "Tutte le stelle stanno perdendo materiale nel mezzo interstellare, e non sappiamo come si perde questo materiale. È sempre un vento dolce che soffia? O viene a singhiozzo? Forse con un evento come quello che abbiamo scoperto su Betelgeuse? Sappiamo che altre stelle luminose più calde perdono materia e si trasformano rapidamente in polvere facendo apparire la stella molto più debole. Ma in oltre un secolo e mezzo, questo non è successo a Betelgeuse. È davvero unico."
Osservazioni complementari utilizzando lo STELLAr Activity Observatory—STELLA—hanno misurato i cambiamenti nella velocità della superficie della stella mentre saliva e scendeva durante il ciclo di pulsazione, creando un effetto increspato che potrebbe aver spinto il plasma in uscita attraverso l'atmosfera della stella. "Abbiamo visto tutte le righe di assorbimento nello spettro blu spostate e sapevamo che la stella si stava espandendo, " ha detto Klaus G. Strassmeier, direttore dei campi magnetici cosmici al Leibniz-Institut fur Astrophysik Potsdam (AIP) e coautore dello studio. "Quando l'oscuramento è iniziato, lo spostamento verso il blu è diventato sempre più piccolo e in realtà è tornato a uno spostamento verso il rosso quando la stella era più debole. Quindi sapevamo che l'oscuramento doveva essere correlato in un modo o nell'altro all'espansione e alla contrazione della fotosfera della stella, ma da solo non avrebbe potuto causare un oscuramento così grande."
Un'immagine dell'Heliospheric Imager a bordo della navicella spaziale STEREO della NASA mostra la stella Betelgeuse, cerchiato. Per diverse settimane nel 2020, STEREO era l'unico osservatorio che effettuava misurazioni di Betelgeuse a causa della posizione unica del veicolo spaziale nello spazio. Crediti:NASA/STEREO/HI
Mentre la stella si spostava nel cielo diurno e fuori dalla vista di Hubble e STELLA, i ricercatori si sono rivolti al Solar TErrestrial RElations Observatory della NASA, STEREO, per monitorare la luminosità del supergigante. Ma le osservazioni estive hanno rivelato una sorpresa sorprendente:un oscuramento più inaspettato. Tra fine giugno e inizio agosto 2020, STEREO ha osservato Betelgeuse in cinque giorni separati, misurare la luminosità relativa della stella rispetto ad altre stelle. "Le nostre osservazioni di Betelgeuse con STEREO confermano che la stella si sta attenuando di nuovo. Betelgeuse in genere attraversa cicli di luminosità della durata di circa 420 giorni, and since the previous minimum happened in February 2020, this new dimming is over a year early, " said Dupree, who plans to observe Betelgeuse with STEREO again next year, during the star's maximum, to monitor for unexpected outbursts.
This figure shows measurements of Betelgeuse's brightness from different observatories from late 2018 to present. The blue and green points represent data from ground-based observatories. The gaps in these measurements happen when Betelgeuse appears in Earth's day sky, making it impossible to take precise brightness measurements. During this observation gap in 2020, NASA's STEREO spacecraft — with measurements shown in red — stepped in to observe Betelgeuse from its unique vantage point, revealing unexpected dimming by the star. The 2018 data point from STEREO was found in the mission’s archival data and was used to calibrate STEREO's measurements against other telescopes. Credit:Dupree, et al.
Intense interest surrounding Betelgeuse ignited late last year as the star continued to grow dimmer and dimmer, a behavior some scientists said signaled that the old star was about to go supernova. As a variable star that expands and contracts, dimming and brightening over each cycle, "Betelgeuse is a bright star in our galaxy, near the end of its life that is likely to become a supernova. When the star became very faint in February 2020, this was the faintest that it had ever been since measurements began over 150 years ago, " said Dupree. "The dimming was obvious to everyone when looking at the constellation Orion; it was very weird, Betelgeuse was almost missing." At 725 light years away, light—and dimming—seen from Betelgeuse today on Earth left the star in the year 1300. "No one knows how a star behaves in the weeks before it explodes, and there were some ominous predictions that Betelgeuse was ready to become a supernova. Chances are, però, that it will not explode during our lifetime, but who knows?"
The full results of the Hubble and STELLA studies published today in The Giornale Astrofisico . Observations from STEREO were reported via The Astronomer's Telegram on July 28, 2020.
