Isto é o que veremos quando Betelgeuse realmente se tornar uma supernova
A impressão deste artista mostra a estrela supergigante Betelgeuse como foi revelada graças a diferentes técnicas de ponta no Very Large Telescope (VLT) do ESO, que permitiram que duas equipas independentes de astrónomos obtivessem as visões mais nítidas de sempre da estrela supergigante Betelgeuse . Eles mostram que a estrela tem uma vasta nuvem de gás quase tão grande quanto o nosso Sistema Solar e uma bolha gigantesca fervendo em sua superfície. (ESO/L. CALÇADA)
À medida que a estrela lendária continua a escurecer, o mundo prende a respiração e espera. Aqui está o que está reservado quando o dia fatídico chegar.
As estrelas do céu noturno, normalmente estáticas e imutáveis, têm atualmente uma exceção entre elas. Betelgeuse, a supergigante vermelha que compõe um dos ombros da constelação de Órion, não só tem flutuado em brilho, mas escurecendo de uma forma nunca antes testemunhada por humanos vivos. Uma vez entre as 10 estrelas mais brilhantes do céu, agora é apenas comparável ao brilho das estrelas no cinturão de Órion e continua a escurecer.
Não há razão científica para acreditar que Betelgeuse corre mais perigo de se tornar uma supernova hoje do que em qualquer dia aleatório nos próximos 100.000 anos ou assim, mas muitos de nós - incluindo muitos astrônomos profissionais e amadores - esperamos testemunhar a primeira supernova a olho nu em nossa galáxia desde 1604. Embora não represente um perigo para nós, será espetacular. Aqui está o que poderemos observar daqui da Terra.
Esta simulação da superfície de uma supergigante vermelha, acelerada para exibir um ano inteiro de evolução em apenas alguns segundos, mostra como uma supergigante vermelha normal evolui durante um período relativamente calmo, sem mudanças perceptíveis em seus processos internos. A enormidade de sua superfície e a volatilidade das camadas externas tênues levam a uma tremenda variabilidade em escalas de tempo curtas, mas irregulares. (BERND FREYTAG COM SUSANNE HÖFNER E SOFIE LILJEGREN)
Neste momento, Betelgeuse é absolutamente enorme, de forma irregular e com uma temperatura de superfície irregular. Localizado a aproximadamente 640 anos-luz de distância, é mais de 2.000 °C mais frio que o nosso Sol, mas também muito maior, com aproximadamente 900 vezes o raio do nosso Sol e ocupando cerca de 700.000.000 vezes o volume do nosso Sol. Se você substituísse nosso Sol por Betelgeuse, ele engoliria Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, o cinturão de asteróides e até Júpiter!
Mas também há emissões enormes e estendidas em torno de Betelgeuse de material que foi expelido ao longo das últimas dezenas de milênios: matéria e gás que se estendem além da órbita de Netuno ao redor do nosso Sol. Com o tempo, à medida que a inevitável supernova se aproxima, Betelgeuse perderá mais massa, continuará a se expandir, escurecendo e iluminando caoticamente e queimará progressivamente elementos mais pesados em seu núcleo.
A nebulosa de matéria expelida criada em torno de Betelgeuse, que, para escala, é mostrada no círculo vermelho interno. Essa estrutura, semelhante a chamas que emanam da estrela, se forma porque o gigante está derramando seu material no espaço. As emissões estendidas vão além do equivalente à órbita de Netuno ao redor do Sol. (ESO/P. KERVELLA)
Mesmo quando faz a transição de carbono para neon para oxigênio e fusão de silício, não teremos nenhuma assinatura diretamente observável desses eventos. A taxa de fusão e produção de energia do núcleo mudará, mas nossa compreensão de como isso afeta a fotosfera e a cromosfera da estrela – as partes que podemos observar – é muito pobre para extrairmos previsões concretas. O espectro de energia dos neutrinos produzidos no núcleo, o único observável que sabemos que mudará, é irrelevante, pois o fluxo de neutrinos é muito baixo para ser detectado a centenas de anos-luz de distância.
Mas em algum momento crítico no processo evolutivo da estrela, a queima de silício do núcleo interno chegará ao fim e a pressão de radiação no interior de Betelgeuse cairá. Como essa pressão era a única coisa que segurava a estrela contra o colapso gravitacional, o núcleo interno, composto por elementos como ferro, cobalto e níquel, agora começa a implodir.
Ilustração de artista (esquerda) do interior de uma estrela massiva nos estágios finais, pré-supernova, de queima de silício. (A queima de silício é onde ferro, níquel e cobalto se formam no núcleo.) Uma imagem do Chandra (à direita) da Cassiopeia Um remanescente de supernova hoje mostra elementos como Ferro (em azul), enxofre (verde) e magnésio (vermelho) . Espera-se que Betelgeuse siga um caminho muito semelhante às supernovas de colapso de núcleo observadas anteriormente. (NASA/CXC/M.WEISS; RAIO-X: NASA/CXC/GSFC/U.HWANG & J.LAMING)
É difícil imaginar a escala disso: um objeto totalizando cerca de 20 massas solares, espalhadas pelo volume da órbita de Júpiter, cujo núcleo interno é comparável (e mais massivo) ao tamanho do Sol, de repente começa a entrar em colapso rapidamente. Tão grande quanto a força gravitacional estava puxando tudo para si mesma, ela foi contrabalançada pela pressão de radiação proveniente da fusão nuclear no interior. Agora, essa fusão (e essa pressão externa) desaparece de repente, e o colapso prossegue sem inibições.
Os núcleos atômicos mais internos – uma densa coleção de ferro, níquel, cobalto e outros elementos semelhantes – são amassados com força, onde se fundem em uma enorme bola de nêutrons. As camadas sobre eles também colapsam, mas se recuperam contra a densa estrela de proto-nêutrons no núcleo, o que desencadeia uma incrível explosão de fusão nuclear. À medida que as camadas se acumulam, elas se recuperam, criando ondas de fusão, radiação e pressão que se espalham pela estrela.
Nas regiões internas de uma estrela que sofre uma supernova de colapso do núcleo, uma estrela de nêutrons começa a se formar no núcleo, enquanto as camadas externas colidem contra ela e sofrem suas próprias reações de fusão descontroladas. Nêutrons, neutrinos, radiação e quantidades extraordinárias de energia são produzidas. (INICIATIVA TERASCALE SUPERNOVA)
Essas reações de fusão ocorrem em uma escala de tempo de aproximadamente 10 segundos, e a esmagadora maioria da energia é transportada na forma de neutrinos, que quase nunca interagem com a matéria. As partículas transportadoras de energia restantes, incluindo nêutrons, núcleos, elétrons e fótons, mesmo com as intensas quantidades de energia transmitidas a eles, precisam ter sua energia em cascata e se propagar por todas as camadas externas da estrela.
Como resultado disso, os neutrinos se tornam os primeiros sinais a escapar e o primeiro sinal a chegar à Terra. Com as energias que as supernovas transmitem a essas partículas – na ordem de cerca de 10 a 50 MeV por quantum de energia – os neutrinos se moverão a velocidades indistinguíveis da velocidade da luz. Sempre que a supernova realmente ocorrer (ou ocorreu, o que poderia ter sido a partir do século XIV), serão os neutrinos que chegarão aqui na Terra primeiro, cerca de 640 anos depois.
Um evento de neutrinos, identificável pelos anéis de radiação de Cerenkov que aparecem ao longo dos tubos fotomultiplicadores que revestem as paredes do detector, mostra a metodologia bem-sucedida da astronomia de neutrinos e aproveitando o uso da radiação de Cherenkov. Esta imagem mostra vários eventos e faz parte do conjunto de experimentos que abre caminho para uma maior compreensão dos neutrinos. Os neutrinos detectados em 1987 marcaram o alvorecer tanto da astronomia de neutrinos quanto da reformulação dos experimentos de decaimento de nucleon como experimentos de detector de neutrinos. (COLABORAÇÃO SUPER KAMIOKANDE)
Em 1987, uma supernova de 168.000 anos-luz de distância acabou criando um sinal de pouco mais de 20 neutrinos em três pequenos detectores de neutrinos que estavam operando na época. Existem muitos observatórios de neutrinos diferentes em operação hoje, muito maiores e mais sensíveis do que os que tínhamos à nossa disposição há 33 anos, e Betelgeuse, a apenas 640 anos-luz de distância, enviaria um sinal cerca de 70.000 vezes mais forte na Terra devido à sua proximidade.
Em 2020, se Betelgeuse fosse uma supernova, nossa primeira assinatura infalível viria na forma de neutrinos de alta energia inundando nossos detectores de neutrinos em todo o mundo em uma explosão de 10 a 15 segundos. Haveria literalmente milhões, talvez até dezenas de milhões, de neutrinos captados de uma só vez por esses observatórios. Algumas horas depois, quando as primeiras ondulações energéticas criadas por esse cataclismo atingiram as camadas externas da estrela, uma explosão de fótons nos alcançaria: um pico rápido que aumentou tremendamente o brilho óptico de Betelgeuse.
Em 2011, uma das estrelas em uma galáxia distante que estava no campo de visão da missão Kepler da NASA espontaneamente e por acaso se transformou em supernova. Isso marcou a primeira vez que uma supernova foi flagrada ocorrendo no ato de transição de uma estrela normal para um evento de supernova, com uma surpreendente “ruptura” aumentando temporariamente o brilho da estrela por um fator de cerca de 7.000 em relação ao seu valor anterior. (NASA AMES/W. STENZEL)
De repente, a luminosidade de Betelgeuse aumentaria cerca de um fator de 7.000 em relação ao seu valor anteriormente estável. Iria de uma das estrelas mais brilhantes do céu noturno ao brilho de uma fina lua crescente: cerca de 40 vezes mais brilhante que o planeta Vênus. Esse pico de brilho duraria apenas alguns minutos antes de voltar a ser apenas cerca de 5 vezes mais brilhante do que era anteriormente, mas então a ascensão tradicional da supernova começa.
Durante um período de aproximadamente 10 dias, o brilho de Betelgeuse aumentará gradualmente, tornando-se tão brilhante quanto a Lua cheia. Seu brilho ultrapassará todas as estrelas e planetas após cerca de uma hora, atingirá o de meia lua em três dias e atingirá seu brilho máximo após aproximadamente 10 dias. Para os observadores do céu em todo o mundo, Betelgeuse parecerá ainda mais brilhante que a Lua cheia, pois em vez de se espalhar por meio grau (como a Lua cheia), todo o seu brilho será concentrado em um único ponto saturado e solitário. .
A constelação de Órion como seria se Betelgeuse se tornasse uma supernova em um futuro muito próximo. A estrela brilharia aproximadamente tão brilhante quanto a lua cheia. (USUÁRIO DO WIKIMEDIA COMMONS HENRYKUS / CELESTIA)
Como uma supernova do tipo II, Betelgeuse permanecerá brilhante por muito tempo, embora existam grandes variações dentro dessas classes de supernovas para exatamente quão brilhantes elas se tornam e quão brilhantes elas permanecem por longos períodos de tempo. A supernova, depois de atingir o brilho máximo, começará a desaparecer lentamente ao longo do período de cerca de um mês, tornando-se tão fraca quanto uma meia lua após 30 dias.
Nos próximos dois meses, no entanto, seu brilho se estabilizará, tornando-se mais escuro apenas para instrumentos e astrofotógrafos; o olho humano típico não será capaz de discernir uma mudança no brilho ao longo deste tempo. De repente, porém, o brilho cairá vertiginosamente no próximo (quarto) mês desde a detonação: ele voltará a ser mais brilhante que Vênus no final desse período. E, finalmente, nos próximos um ou dois anos, ela desaparecerá gradualmente, com o remanescente de supernova visível apenas através de telescópios.
As supernovas do tipo II variam entre os diferentes subtipos e eventos individuais, mas obedecem à mesma curva geral, com uma subida durando aproximadamente 10 dias, uma queda curta durando um mês, um platô durando mais dois meses, uma queda acentuada durando um mês e, em seguida, um fade-out gradual com duração de um ano ou mais. (A. SINGH ET AL. (2019), APJ, 882, 1)
No pico de brilho, Betelgeuse brilhará aproximadamente tão brilhante quanto 10 bilhões de sóis todos juntos; quando passarem alguns anos, será muito fraco para ser visto a olho nu. A razão pela qual a supernova permanece tão brilhante nos primeiros três meses não é nem mesmo a explosão em si, mas sim uma combinação de decaimentos radioativos (do cobalto, por exemplo) e os gases em expansão no remanescente da supernova.
Durante esses primeiros três meses, Betelgeuse será tão brilhante que será claramente visível durante o dia e à noite; somente após o quarto mês, mais ou menos, ele se tornará um objeto somente noturno. E à medida que começa a desaparecer de seu brilho para parecer uma estrela normal mais uma vez, as estruturas estendidas devem permanecer iluminadas através de um telescópio por décadas, séculos e até milênios. Ela se tornará o remanescente de supernova mais próximo da história registrada e permanecerá uma visão espetacular (e objeto de estudo astronômico) por gerações.
A onda de choque do material da explosão de 1987, que ocorreu a 168.000 anos-luz de distância, continua a colidir com o material ejetado anterior da estrela anteriormente massiva, aquecendo e iluminando o material quando ocorrem colisões. Uma grande variedade de observatórios continua a criar imagens do remanescente de supernova hoje, mas a supernova de Betelgeuse estará ainda mais próxima, mais fácil de estudar e nos proporcionará um banquete visual e científico muito mais espetacular. (NASA, ESA, E R. KIRSHNER (CENTRO DE ASTRÓFÍSICA DE HARVARD-SMITHSONIAN E FUNDAÇÃO GORDON E BETTY MOORE) E P. CHALLIS (CENTRO DE ASTRÓFÍSICA DE HARVARD-SMITHSONIAN))
Sempre que Betelgeuse finalmente se tornar uma supernova – e pode ser hoje à noite, na próxima década ou daqui a 100.000 anos – ela se tornará o evento astronômico mais testemunhado da história humana, visível para quase todos os habitantes da Terra. O primeiro sinal a chegar não será visual, mas virá na forma de neutrinos, uma partícula tipicamente indescritível que inundará nossos detectores terrestres aos milhões.
Depois disso, algumas horas depois, a luz chegará primeiro em um pico, seguido por um brilho gradual ao longo de pouco mais de uma semana, que cairá em etapas nos próximos meses antes de diminuir gradualmente por anos. O remanescente, que consiste em camadas externas gasosas iluminadas por milhares de anos, continuará a encantar nossos descendentes por gerações. Não temos ideia de quando o show começará, mas pelo menos sabemos o que procurar e esperar quando ele realmente ocorrer!
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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