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L’OSCURAMENTO MISTERIOSO DI BETELGEUSE È DOVUTO A UNO SCOPPIO TRAUMATICO

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SCOPPIO TRAUMATICO AVREBBE CAUSATO L’OSCURAMENTO MISTERIOSO DI BETELGEUSE

Le osservazioni del telescopio spaziale Hubble della NASA mostrano che l’inaspettato oscuramento della supergigante Betelgeuse è stato molto probabilmente causato da un’immensa quantità di materiale caldo espulso nello spazio il quale ha formato una nube di polvere che ha bloccato la luce stellare proveniente dalla superficie di Betelgeuse.

I ricercatori di Hubble suggeriscono che la nube di polvere si è formata quando il plasma supercaldo scaturito da un upwelling di una grande cella di convezione sulla superficie della stella è passato attraverso l’atmosfera calda fino agli strati esterni più freddi, dove si è raffreddato e ha formato granelli di polvere. La nube di polvere risultante ha bloccato la luce da circa un quarto della superficie della stella, a partire dalla fine del 2019. Entro aprile 2020, la stella è tornata alla normale luminosità.

Betelgeuse è una stella supergigante rossa e invecchiata che si è ingrandita a causa di complessi cambiamenti in evoluzione nel suo forno a fusione nucleare nel nucleo. La stella è così grande adesso che se sostituisse il Sole al centro del nostro sistema solare, la sua superficie esterna si estenderebbe oltre l’orbita di Giove.

Il fenomeno senza precedenti del grande oscuramento di Betelgeuse, che alla fine si è notato anche ad occhio nudo, è iniziato nell’ottobre 2019. A metà febbraio 2020, la mostruosa stella aveva perso più di due terzi della sua brillantezza.

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Questo improvviso oscuramento ha perplesso gli astronomi, che si sono affrettati a sviluppare diverse teorie per il brusco cambiamento. Un’idea era che un enorme, freddo e scuro “punto stellare” ricoprisse un’ampia porzione della superficie visibile. Ma le osservazioni di Hubble, condotte da Andrea Dupree, direttore associato del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), Cambridge, Massachusetts, suggeriscono una nube di polvere che copre una porzione della stella.

Diversi mesi di osservazioni spettroscopiche a luce ultravioletta di Hubble su Betelgeuse, a partire dal gennaio 2019, hanno prodotto la linea temporale che ha portato all’oscuramento. Queste osservazioni forniscono nuovi importanti indizi sul meccanismo che sta dietro all’oscuramento.

Hubble ha catturato i segni di materiale denso e riscaldato che si muoveva nell’atmosfera della stella in settembre, ottobre e novembre 2019. Poi, in dicembre, diversi telescopi a terra hanno osservato la stella diminuire di luminosità nell’emisfero sud.

“Con Hubble, abbiamo visto il materiale mentre lasciava la superficie visibile della stella e si muoveva attraverso l’atmosfera, prima che si formasse la polvere che ha fatto apparire la stella più fioca”, ha detto Dupree.

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“Abbiamo potuto vedere l’effetto di una regione densa e calda nella parte sud-est della stella che si muoveva verso l’esterno. Questo materiale era da due a quattro volte più luminoso della normale luminosità della stella”, ha continuato. “E poi, circa un mese dopo, la parte sud di Betelgeuse si è offuscata in modo evidente mentre la stella diventava sempre più debole”. Pensiamo sia possibile che una nube scura sia il risultato del deflusso che Hubble ha rilevato. Solo Hubble ci fornisce questa prova che ha portato all’oscuramento”.

L’articolo del team è apparso online il 13 agosto sul The Astrophysical Journal.

Le stelle supergiganti massicce come Betelgeuse sono importanti perché espellono nello spazio elementi pesanti come il carbonio che diventano i mattoni delle nuove generazioni di stelle. Il carbonio è anche un ingrediente fondamentale per la vita così come la conosciamo.

Tracciare lo scoppio traumatico

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La squadra di Dupree ha iniziato ad usare Hubble all’inizio dell’anno scorso per analizzare la stella. Le loro osservazioni fanno parte di uno studio triennale di Hubble per monitorare le variazioni dell’atmosfera esterna di Betelgeuse. Betelgeuse è una stella variabile che si espande e si contrae, illuminandosi e attenuandosi, su un ciclo di 420 giorni.

La sensibilità alla luce ultravioletta di Hubble ha permesso ai ricercatori di sondare gli strati sopra la superficie della stella, che sono così caldi – oltre 20.000 gradi Fahrenheit – che non possono essere rilevati a lunghezze d’onda visibili. Questi strati sono riscaldati in parte dalle turbolente cellule di convezione della stella che gorgogliano fino alla superficie.

Gli spettri di Hubble, presi all’inizio e alla fine del 2019, e nel 2020, hanno sondato l’atmosfera esterna della stella misurando le linee di magnesio II (magnesio ionizzato). Da settembre a novembre 2019, i ricercatori hanno misurato il materiale che si muoveva a circa 320.000 chilometri all’ora passando dalla superficie della stella alla sua atmosfera esterna.

Questo materiale caldo e denso ha continuato a viaggiare oltre la superficie visibile di Betelgeuse, raggiungendo milioni di chilometri sopra la stella ribollente. A quella distanza, il materiale si è raffreddato abbastanza da formare polvere, hanno detto i ricercatori.

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Questa interpretazione è coerente con le osservazioni della luce ultravioletta di Hubble nel febbraio 2020, che hanno mostrato che il comportamento dell’atmosfera esterna della stella è tornato alla normalità, anche se le immagini della luce visibile hanno mostrato che era ancora fioca.

Sebbene Dupree non conosca la causa dello scoppio, pensa che sia stato aiutato dal ciclo di pulsazioni della stella, che è continuato normalmente attraverso l’evento, come registrato dalle osservazioni di luce visibile. Il coautore dell’articolo, Klaus Strassmeier, dell’Istituto di Leibniz per l’Astrofisica di Potsdam, ha utilizzato il telescopio automatico dell’istituto chiamato STELLar Activity (STELLA), per misurare le variazioni di velocità del gas sulla superficie della stella durante il ciclo di pulsazioni. La stella si stava espandendo nel suo ciclo nello stesso momento dell’upwelling della cella convettiva.

La pulsazione che si increspa verso l’esterno da Betelgeuse può aver contribuito a spingere il plasma in uscita attraverso l’atmosfera.

Dupree stima che circa due volte la normale quantità di materiale proveniente dall’emisfero sud sia andata persa nei tre mesi dell’esplosione. Betelgeuse, come tutte le stelle, sta perdendo massa in continuazione, in questo caso ad una velocità 30 milioni di volte superiore a quella del Sole.

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Betelgeuse è così vicina alla Terra, e così grande, che Hubble è stato in grado di risolvere le caratteristiche della superficie – rendendola l’unica stella di questo tipo, ad eccezione del nostro Sole, dove si possono vedere i dettagli della superficie.

Le immagini di Hubble scattate da Dupree nel 1995 hanno rivelato per la prima volta una superficie screziata contenente massicce cellule di convezione che si restringono e si gonfiano, che la fanno scurire e schiarire.

Un Precursore di Supernova?

La supergigante rossa è destinata a terminare la sua vita in un’esplosione di supernova. Alcuni astronomi pensano che l’oscuramento improvviso possa essere un evento pre-supernova. La stella è relativamente vicina, a circa 725 anni luce di distanza, il che significa che l’oscuramento sarebbe avvenuto intorno al 1300. Ma la sua luce sta raggiungendo la Terra proprio ora.

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“Nessuno sa cosa fa una stella prima di diventare una supernova, perché non è mai stata osservata”, ha spiegato Dupree. “Gli astronomi hanno campionato le stelle forse un anno prima che diventino supernove, ma non nei giorni o nelle settimane precedenti. Ma la possibilità che la stella diventi una supernova in qualsiasi momento è piuttosto piccola”.

Dupree avrà un’altra possibilità di osservare la stella con Hubble a fine agosto o inizio settembre. In questo momento, Betelgeuse si trova nel cielo diurno, troppo vicino al Sole per le osservazioni di Hubble. Ma il Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) della NASA ha scattato immagini della stella mostro dalla sua posizione nello spazio. Queste osservazioni mostrano che Betelgeuse si è oscurata di nuovo da metà maggio a metà luglio, anche se non in modo così drammatico come all’inizio dell’anno.

Questo grafico a quattro pannelli illustra come la regione meridionale della supergigante rossa, luminosa e in rapida evoluzione della stella Betelgeuse possa essere diventata improvvisamente più debole per diversi mesi tra la fine del 2019 e l’inizio del 2020. Nei primi due pannelli, come si è visto alla luce ultravioletta con il telescopio spaziale Hubble, una chiazza di plasma caldo e luminoso viene espulsa dall’emergere di un’enorme cella di convezione sulla superficie della stella. Nel terzo pannello, il gas in uscita, espulso, si espande rapidamente verso l’esterno. Si raffredda formando un’enorme nube di granelli di polvere oscuranti. Il pannello finale rivela l’enorme nube di polvere che blocca la luce (vista dalla Terra) da un quarto della superficie della stella.

Dupree spera di utilizzare STEREO per ulteriori osservazioni successive per monitorare la luminosità di Betelgeuse. Il suo piano è di osservare Betelgeuse di nuovo l’anno prossimo con STEREO quando la stella si sarà espansa di nuovo verso l’esterno nel suo ciclo per vedere se scatena un altro scoppio.

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