• Começa Com Um Estrondo

É por isso que Betelgeuse (provavelmente) não está prestes a explodir

Estas duas imagens de Betelgeuse, ambas tiradas com o mesmo instrumento (SPHERE) a bordo do mesmo telescópio (o VLT do ESO), ilustram como Betelgeuse mudou de brilho de janeiro de 2019 a dezembro de 2019. Isso é consistente com ejetos de superfície obscurecendo a luz das estrelas vindo da parte inferior da estrela como visto aqui. (ESO/M. MONTARGÈS ET AL.)

Apesar de sua forma mutável e seu escurecimento sem precedentes, uma supernova neste ano, década ou mesmo século é altamente improvável.

Durante meses, os observadores do céu desfrutaram de uma visão do céu noturno que é totalmente desconhecida para qualquer pessoa viva hoje: um céu onde Betelgeuse, uma das 10 estrelas mais brilhantes do céu, escureceu para cerca de 25º, aproximadamente o mesmo que as estrelas no céu de Órion. cinto. O escurecimento parece ter estabilizado por enquanto ; Betelgeuse permaneceu constante desde o final de janeiro. Esta é a Betelgeuse mais fraca, uma das supergigantes vermelhas mais próximas da Terra, que já apareceu em nossas vidas.

Há poucos dias, a primeira imagem de a forma da estrela desde o início do escurecimento foi lançado, mostrando mudanças significativas desde a última vez que foi observado em forma, brilho e extensão luminosa. As especulações sobre o destino de curto prazo de Betelgeuse, que deve terminar em uma supernova, estão correndo soltas, com todos querendo saber se e quando ela explodirá. Mas a resposta provavelmente não é tão cedo, e os astrônomos sabem que esse é o caso. Aqui está o motivo.

O Sol, hoje, é muito pequeno comparado aos gigantes, mas crescerá até o tamanho de Arcturus em sua fase de gigante vermelha, cerca de 250 vezes seu tamanho atual. Uma supergigante monstruosa como Antares ou Betelgeuse estará para sempre fora do alcance do nosso Sol, pois nunca começaremos a fundir carbono no núcleo: o passo necessário para crescer até esse tamanho. (AUTOR SAKURAMBO DA WIKIPÉDIA EM INGLÊS)

Apesar de ser uma estrela supergigante vermelha, Betelgeuse tem muito em comum com o nosso próprio Sol. Ambos possuem uma região central onde ocorre a fusão nuclear. Ambos têm grandes zonas radiativas, onde a luz e a energia geradas pelas reações de fusão do núcleo se propagam para fora, fazendo um caminho aleatório para chegar lá. E ambos têm fotosferas difusas, onde a luz, tendo se propagado para as camadas mais externas da estrela, finalmente é liberada no Universo.

Como todas as estrelas, o Sol e Betelgeuse transportam energia de maneira complexa, impulsionada por correntes elétricas de grande escala, campos magnéticos, partículas em movimento e convecção acionada termicamente. A ciência da magnetohidrodinâmica dita como tudo isso se desenrola em detalhes, com processos que ocorrem no núcleo eventualmente se propagando para a fotosfera e influenciando o que acabamos observando.

Este corte mostra as várias regiões da superfície e do interior do Sol, incluindo o núcleo, que é onde ocorre a fusão nuclear. Com o passar do tempo, a região que contém hélio no núcleo se expande e a temperatura máxima aumenta, fazendo com que a produção de energia do Sol aumente. Quando nosso Sol ficar sem combustível de hidrogênio no núcleo, ele se contrairá e aquecerá a um grau suficiente para que a fusão de hélio possa começar. (USUÁRIO DO WIKIMEDIA COMMONS KELVINSONG)

No entanto, o que acontece no núcleo leva muito tempo para chegar à fotosfera. Quando elementos leves se fundem em elementos pesados ​​no núcleo de uma estrela, a energia é produzida. Esses quanta energéticos colidem com outras partículas no interior da estrela, trocando energia e fazendo com que quaisquer fótons saltem em direções aleatórias. Dado o grande número de partículas dentro de uma estrela e o tamanho típico de uma estrela, leva um enorme período de tempo para que qualquer mudança no núcleo de uma estrela se propague para o que pensamos vagamente como a superfície da estrela.

Em nosso próprio Sol, essa escala de tempo está entre 100.000 e 200.000 anos: a quantidade típica de tempo que a energia produzida em uma reação de fusão leva para atingir a fotosfera. A luz que vemos do nosso próprio Sol pode levar um pouco mais de 8 minutos para chegar aos nossos olhos a partir do momento em que deixa a fotosfera, mas leva mais de 100.000 anos para a luz produzida no núcleo atingir a fotosfera no primeiro Lugar, colocar.

Esta ilustração mostra como um fóton produzido no núcleo do Sol colide aleatoriamente com outras partículas no Sol antes de finalmente atingir a fotosfera, onde tem a chance de ser liberado para o Universo externo. Dentro do nosso Sol, leva um pouco mais de 100.000 anos, em média, para esse fóton escapar do Sol. (RICHARD POGGE / CAÇA À HENRIETA)

Com uma estrela como Betelgeuse, que é significativamente mais massiva (cerca de 20 vezes a massa do nosso Sol), mas também muito maior (aproximadamente do tamanho da órbita de Júpiter), isso ainda é um grande problema. É absolutamente verdade que as camadas externas das estrelas supergigantes vermelhas variam, consistindo em várias grandes células convectivas que descem uma profundidade significativa no interior da estrela. Dentro de uma estrela como essa, a energia é trocada e transportada entre as várias camadas de maneira complexa e intrincada, com a energia do núcleo ainda levando muito tempo para se propagar para as camadas externas da estrela.

Não é tão ruim para uma estrela como Betelgeuse quanto ~ 100.000 anos, que é muito menor em densidade (e, portanto, tem uma taxa menor de interações de partículas) do que o nosso Sol, mas ainda leva algo da ordem de milênios para que as mudanças ocorram em seu planeta. núcleo para se propagar para sua fotosfera.

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)

Dito isto, vemos absolutamente que Betelgeuse, como todas as supergigantes vermelhas que observamos ou simulamos, é extremamente variável em forma, tamanho, brilho e distribuição de brilho. As mudanças que ocorrem em suas camadas mais externas ocorrem em escalas de tempo de alguns meses, em vez de milhares de anos. Mesmo eventos violentos, como a ejeção de matéria (que é o que provavelmente está escurecendo substancialmente a estrela), não estão relacionados ao que está ocorrendo no núcleo.

O que é um pouco lamentável, porque tudo o que podemos observar é o que está acontecendo naquela camada mais externa de Betelgeuse: a fotosfera. Também podemos fazer observações do que acontece fora dessa fotosfera, onde usamos observações de vários comprimentos de onda para encontrar e mapear uma enorme quantidade de matéria estendida que foi, sem dúvida, ejetada ao longo de séculos e milênios.

Betelgeuse emitiu grandes quantidades de gás e poeira ao longo de sua história, enchendo o meio interestelar que a cerca com matéria, que é iluminada com luz infravermelha. Esta imagem foi tirada em dezembro de 2019, com base em dados obtidos com o instrumento VISIR a bordo do Very Large Telescope do ESO. (ESO/P. KERVELLA/M. MONTARGÈS ET AL., AGRADECIMENTOS: ERIC PANTIN)

Mas nada disso dá qualquer indicação do que realmente está ocorrendo no núcleo, que é a informação que realmente precisamos para determinar quando ou se é mais provável que Betelgeuse se torne uma supernova. Dentro de uma supergigante vermelha como essa, esperamos que a estrela tenha passado para o estágio em que está fundindo carbono em seu núcleo. Para se tornar uma supernova, no entanto, ela precisa proceder de:

• fusão de carbono em seu núcleo interno,
• para fundir neon em seu núcleo interno,
• para fundir oxigênio em seu núcleo interno,
• para fundir silício em seu núcleo interno.

Somente quando o silício no núcleo estiver esgotado, deixando um remanescente de cinzas de ferro, níquel e cobalto (que não se fundirá e liberará energia nessas condições), a supernova realmente ocorrerá.

A saída eletromagnética (esquerda) e o espectro de energias de neutrinos/antineutrinos (direita) produzidos como uma estrela muito massiva comparável a Betelgeuse evolui através da queima de carbono, neon, oxigênio e silício a caminho do colapso do núcleo. Observe como o sinal eletromagnético quase não varia, enquanto o sinal de neutrinos cruza um limiar crítico no caminho para o colapso do núcleo. (A. ODRZYWOLEK (2015))

Infelizmente, nossa compreensão das estrelas é boa o suficiente para termos certeza absoluta de que nenhuma das mudanças na superfície que veremos é qualquer indicação do que está ocorrendo no núcleo da estrela. O único sinal observável que teremos não é visual, mas sim vem na forma de neutrinos . Enquanto a transição entre carbono, neon, oxigênio e queima de silício não oferece nenhuma mudança na luminosidade ou temperatura da estrela, o espectro de neutrinos muda tanto na energia por neutrino quanto no fluxo total de neutrinos.

Mesmo da Terra, a cerca de 640 anos-luz de Betelgeuse, os estágios finais dessa transição serão perceptíveis. Durante a queima de silício, chegará um estágio em que a energia com a qual cada (anti-)neutrino é produzido é suficiente para desencadear uma reação de decaimento beta inverso em nossos detectores terrestres, produzindo dezenas dessas interações durante as últimas horas de a vida da estrela.

Uma enorme câmara contendo um total de 260.000 toneladas de água será cercada por tubos fotomultiplicadores capazes de captar a luz gerada pelas interações de neutrinos com as partículas dentro do detector Hyper-Kamiokande a ser concluído, que se tornará o maior detector à base de água do mundo. detector de neutrinos após a conclusão. (GOVERNO DOS ESTADOS UNIDOS/FLICKR)

O sinal de neutrino que receberemos de Betelgeuse pouco antes de se tornar uma supernova é, até onde sabemos, o único sistema de alerta precoce que temos com algum tipo de mérito físico. O que temos visto com nossos próprios olhos e telescópios é fascinante, mas apenas evidências de variabilidade em estrelas supergigantes, algo que é conhecido e estudado muito bem há centenas de anos. O que está acontecendo com Betelgeuse nem é tão incomum; só é notável porque Betelgeuse é tão próxima e tão familiar.

De todas as estrelas que já observamos onde uma supernova eventualmente ocorreu, nunca descobrimos uma correlação entre um evento de escurecimento como este e uma supernova. Por mais que possamos esperar que um evento tão espetacular, raro e próximo como uma supernova ocorra em nossa vida, o recente desmaio de Betelgeuse não aponta nessa direção.

Este gráfico do AAVSO rastreia o brilho de Betelgeuse durante um período de seis meses que começa em agosto de 2019 e termina em fevereiro de 2020. O brilho de Betelgeuse diminuiu tremendamente de seu valor normal original, mas se estabilizou nos últimos poucos semanas, e deverá clarear novamente. (ASSOCIAÇÃO AMERICANA DE OBSERVADORES DE ESTRELAS VARIÁVEIS / E. SIEGEL)

O que estamos vendo hoje, com base na mudança de brilho de Betelgeuse, é consistente com algo muito mais mundano do que está prestes a se tornar uma supernova. Em vez disso, o que parece estar acontecendo é simplesmente um grande evento de ejeção, onde a matéria das camadas externas de Betelgeuse – originadas talvez a um bilhão de quilômetros do núcleo – é cuspida do interior da estrela.

Uma vez que esse material chega além da fotosfera, ele se expande e esfria, onde começa a absorver e obscurecer porções da luz das estrelas. O fato de uma porção de Betelgeuse parecer mais fraca do que o restante é sugestivo de onde esse evento de ejeção ocorreu. Se é isso que realmente está acontecendo, podemos esperar que, nos próximos meses, o brilho permaneça estável, seguido por um re-brilho gradual ao seu status original. Até 2022 ou 2023, o mais tardar, Betelgeuse deve ser de volta ao top 10 de estrelas mais brilhantes no céu .

A constelação de Órion como apareceria se Betelgeuse se tornasse uma supernova em um futuro muito próximo. A estrela brilharia aproximadamente tão brilhantemente quanto a Lua cheia, mas toda a luz seria concentrada em um ponto, em vez de se estender por aproximadamente meio grau. (USUÁRIO DO WIKIMEDIA COMMONS HENRYKUS / CELESTIA)

Apesar de é improvável que Betelgeuse esteja prestes a explodir , devemos ter em mente que isso é uma possibilidade e uma inevitabilidade. Quando isso finalmente ocorrer, se tornará o evento astronômico mais amplamente visto na história da humanidade, visível para todos na Terra ao longo de um ano ou mais em um momento em que mais humanos existem na Terra do que nunca. Isso vai acontecer eventualmente, mas provavelmente não por algo em torno de 100.000 anos.

Embora você deva absolutamente sair e aproveitar essa visão sem precedentes, como Betelgeuse é apenas ~ 36% tão brilhante quanto era há um ano, você deve ter em mente que suas variações de brilho atuais são devidas apenas a processos em suas camadas mais externas, e não tem nada a ver com o seu núcleo. Betelgeuse pode se tornar uma supernova a qualquer momento, mas se isso acontecer, sua correlação com este recente evento de escurecimento será devido a pura coincidência. O que acontece no núcleo não chega à superfície rápido o suficiente para nos dar pistas reais e significativas.

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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