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Quando Betelgeuse diventerà una supernova, che aspetto avrà dalla Terra?

Gli astronomi hanno simulato ciò che gli umani vedranno sulla Terra quando la stella Betelgeuse esploderà come una supernova nei prossimi 100.000 anni.
Betelgeuse
Un pennacchio di gas delle dimensioni del nostro sistema solare esplode dalla superficie di Betelgeuse nell’illustrazione di questo artista delle osservazioni reali raccolte dagli astronomi usando il Very Large Telescope in Cile.

Se guardi le stelle in una chiara notte invernale, è difficile perdere la costellazione di Orione il Cacciatore, con il suo scudo su un braccio e l’altro braccio disteso verso il cielo. Un punto rosso brillante chiamato Betelgeuse segna la spalla di Orione e lo strano oscuramento di questa stella ha affascinato gli osservatori del cielo per migliaia di anni.

Gli australiani aborigeni potrebbero anche averlo inserito nelle loro storie orali.Oggi, gli astronomi sanno che Betelgeuse varia in luminosità perché è una stella supergiante rossa morente con un diametro circa 700 volte più grande del nostro Sole. Un giorno, la stella esploderà come una supernova e darà all’umanità uno spettacolo celeste prima di scomparire per sempre dal nostro cielo notturno.

L’eventuale esplosione spiega perché gli astronomi si sono eccitati quando Betelgeuse ha iniziato a oscurarsi drammaticamente nel 2019. La stella più luminosa dell’undicesima è scesa di magnitudo due volte e mezzo. Betelgeuse avrebbe potuto raggiungere la fine della sua vita? Sebbene improbabile, l’idea di una supernova che appare nei cieli della Terra ha attirato l’attenzione del pubblico.

E ora nuove simulazioni stanno dando agli astronomi un’idea più precisa di ciò che gli umani vedranno quando Betelgeuse alla fine esploderà nei prossimi 100.000 anni.

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Gli astronomi hanno utilizzato un programma software chiamato MESA + STELLA per simulare ciò che gli umani potrebbero vedere quando la stella Betelgeuse esplode. Includevano anche osservazioni raccolte durante la Supernova 1987A, esplosa nella Grande nuvola di Magellano. Jared Goldberg / Università della California, Santa Barbara / MESA + STELLA

Non sappiamo cosa stà fondendo Betelgeuse, ma, come si vede nella tabella che segue, se dovesse essere già al silicio… beh, la conclusione è facile da immaginare.

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Supernova vista dalla Terra

Con tutte le speculazioni su come sarebbe una supernova di Betelgeuse dalla Terra, l’Università della California, Santa Barbara, l’astronomo Andy Howell si stancò dei calcoli sul retro. Ha posto il problema a una coppia di studenti universitari dell’UCSB, Jared Goldberg ed Evan Bauer, che hanno creato simulazioni più precise dei giorni di morte della stella.

Betelgeuse
Le dimensioni di Betelgeuse sono veramente mostruose!

Gli astronomi affermano che c’è ancora incertezza su come si svolgerà la supernova, ma sono stati in grado di aumentare la loro precisione usando le osservazioni prese durante la Supernova 1987A, la stella più vicina conosciuta per esplodere nei secoli.

La vita sulla Terra sarà illesa. Ma ciò non significa che passerà inosservato. Goldberg e Bauer hanno scoperto che quando Betelgeuse esplode, splenderà brillante come la mezzaluna – nove volte più debole della luna piena – per più di tre mesi.

“Tutta questa luminosità sarebbe concentrata in un punto”, afferma Howell. “Quindi sarebbe questo faro incredibilmente intenso nel cielo che proietterebbe ombre di notte e che potresti vedere durante il giorno. Tutti in tutto il mondo ne sarebbero curiosi, perché sarebbe inevitabile. ”

Gli umani sarebbero in grado di vedere la supernova nel cielo diurno per circa un anno, dice. E sarebbe visibile di notte a occhio nudo per diversi anni, mentre le conseguenze della supernova si affievoliscono.

“Quando svanirà completamente, Orion mancherà alla spalla sinistra”, aggiunge Sarafina Nance, Università della California, Berkeley, studente laureato che ha pubblicato numerosi studi su Betelgeuse.

Betelgeuse
Questa immagine di confronto mostra la stella Betelgeuse prima e dopo il suo oscuramento senza precedenti. Le osservazioni, prese con lo strumento SPHERE sul Very Large Telescope dell’ESO a gennaio 2019 e dicembre 2019, mostrano quanto la stella sia sbiadita e come sia cambiata la sua forma apparente. ESO / M. Montargès et al.

Lo spettacolo di Betelgeuse

Non è necessario preoccuparsi dell’esplosione stellare. Una supernova deve accadere molto vicino alla Terra perché le radiazioni danneggino la vita – forse anche poche decine di anni luce, secondo alcune stime. Betelgeuse è molto al di fuori di questo intervallo, con studi recenti suggeriscono che si trova a circa 724 anni luce di distanza, ben al di fuori della zona di pericolo.

Ma la supernova potrebbe ancora avere un impatto sulla Terra in alcuni modi sorprendenti. Ad esempio, Howell sottolinea che molti animali usano la Luna per la navigazione e sono confusi da luci artificiali. L’aggiunta di un secondo oggetto brillante come la Luna potrebbe essere dirompente. Non è solo la fauna selvatica che potrebbe essere disturbata; ironia della sorte, gli stessi astronomi avrebbero difficoltà.

“Le osservazioni astronomiche sono già difficili quando la Luna è luminosa”, afferma Howell. “Non ci sarebbe un” periodo oscuro “per un po ‘.”

Anche studiare Betelgeuse sarebbe una sfida unica. La luce intensa avrebbe travolto i loro strumenti.

“Non abbiamo potuto osservarlo con la maggior parte dei telescopi terrestri, o la maggior parte nello spazio, come Swift o il telescopio spaziale Hubble “, aggiunge. Invece, dovrebbero modificare i loro telescopi per raccogliere molta meno luce.

E se Betelgeuse sfida le probabilità e esplode nelle nostre vite, gli astronomi dicono che ci sarà un ampio avvertimento. Gli strumenti sulla Terra inizierebbero a rilevare neutrini o onde gravitazionali generate dall’esplosione con almeno un giorno di anticipo.

“Immagina che una buona parte del mondo si alzi e fissi Betelgeuse, in attesa dell’inizio dello spettacolo di luci, e una gioia che sale intorno al pianeta quando lo fa”, dice Howell.

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Questo collage ingrandisce la costellazione di Orione (a sinistra) verso una delle immagini più nitide mai prese di Betelgeuse (all’estrema destra). ESO, P. Kervella, Digital Sky Survey 2 e A. Fujii

Per catturare una stella morente

Ma per gli scienziati, Betelgeuse non deve esplodere per essere interessante. È grande e luminoso, il che lo rende relativamente facile da studiare.

“È affascinante dal punto di vista di un astronomo perché possiamo studiare una stella che si avvicina alla fine della sua vita abbastanza da vicino”, afferma Nance. “C’è della fisica affascinante in corso nella struttura interna di Betelgeuse.”

La loro migliore ipotesi su ciò che sta accadendo in questo momento deriva da ciò che gli astronomi sanno già della stella e ad altri piace. Come spiega Nance, questa ricerca mostra che la luminosità di Betelgeuse potrebbe cambiare per una serie di ragioni. Alcuni astronomi sospettano persino che si stiano attivando contemporaneamente diversi meccanismi di attenuazione .

Mentre il loro combustibile nucleare si esaurisce verso la fine della loro vita, le stelle supergiganti rosse iniziano a gonfiarsi e formano involucri crescenti di gas e polvere. E quando questa busta diventa più grande, la luminosità della stella aumenta.

Ma non è l’unico modo in cui una stella come Betelgeuse può oscurarsi e illuminarsi. Le stelle supergiganti rosse hanno anche enormi cellule convettive sulle loro superfici – come versioni molto più grandi di quelle sul nostro Sole – dove la turbolenza fa sorgere materiale caldo dall’interno della stella.

Una volta che raggiunge la superficie, parte di quel materiale esplode violentemente nello spazio come un gigantesco rutto radioattivo, che può cambiare temporaneamente la sua luminosità.

E l’oscuramento di Betelgeuse potrebbe anche essere la prova che sta per esplodere. Quando il materiale esplode dalla superficie di una stella morente, in genere si scontra, il che lo rende più luminoso. Tuttavia, Nance afferma che è possibile che questo materiale avvolga la stella, rendendola più fioca.

Qualunque sia la causa principale, lo strano comportamento alla fine dovrebbe offrire nuove intuizioni sui giorni morenti delle stelle supergiganti rosse. E l’umanità avrà un posto in prima fila.

“Betelgeuse offre agli astronomi la possibilità di studiare queste ultime fasi della combustione nucleare prima che esploda”, afferma Nance.

Misteriosi punti caldi osservati a Betelgeuse

Gli astronomi rilasciarono immagini dell’atmosfera esterna di Betelgeuse rivelando la struttura dettagliata della materia che viene gettata dalla stella.

Le immagini, prese dall’array di radiotelescopi e-MERLIN operato dall’Osservatorio Jodrell Bank nel Cheshire nel Regno Unito, mostrano anche regioni di gas sorprendentemente caldo nell’atmosfera esterna della stella e un arco di gas più freddo che pesa quasi quanto il Terra.

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In questa nuova immagine dell’atmosfera esterna del supergigante Betelgeuse rosso, i colori rappresentano la luminosità che va dal più debole (rosso) al più luminoso (bianco). Il cerchio nero rappresenta la dimensione visiva della stella. // Royal Astronomical Society / e-MERLIN

Betelgeuse è facilmente visibile ad occhio nudo come la stella rossa brillante sulla spalla in alto a sinistra di Orion the Hunter. La stella stessa è enorme – 1.000 volte più grande del nostro Sole – ma a una distanza di circa 650 anni luce, appare ancora come un piccolo punto nel cielo, quindi per vedere i dettagli della stella e della regione che la circonda, gli astronomi devono combinare i telescopi negli array.

La nuova immagine di Betelgeuse mostra che la sua atmosfera si estende per cinque volte la dimensione della superficie visiva della stella. Rivela anche due punti caldi all’interno dell’atmosfera esterna e un debole arco di gas freddo ancora più lontano oltre la superficie radio della stella.

I punti caldi appaiono sui lati opposti di Betelgeuse, separati da circa metà del diametro visivo della stella. Hanno una temperatura di circa 6700 ° –8500 ° Fahrenheit (3700 ° –4700 ° Celsius), molto più alta della temperatura media della superficie radio della stella (circa 1700 ° F [930 ° C]) e persino superiore ai 6000 ° F (3300 ° C) superficie visiva. L’arco di gas freddo si trova a quasi 4,5 milioni di miglia (7,4 miliardi di chilometri) di distanza dalla stella, quasi uguale alla distanza più lontana da Plutone dal Sole. Gli scienziati stimano che il gas abbia una massa di quasi i due terzi della Terra e una temperatura di soli –190 ° F (–123 ° C).

La ricercatrice principale Anita Richards dell’Università di Manchester ha affermato che non era ancora chiaro il motivo per cui i punti caldi sono così caldi: “Una possibilità è che le onde d’urto, causate dalla pulsazione della stella o dalla convezione nei suoi strati esterni, stiano comprimendo e riscaldando il gas. Un altro è che l’atmosfera esterna è irregolare e stiamo osservando regioni più calde all’interno. L’arco di gas freddo si pensa sia il risultato di un periodo di maggiore perdita di massa dalla stella ad un certo punto nel secolo scorso, ma la sua relazione con strutture come i punti caldi, che si trovano molto più vicini, nell’atmosfera esterna della stella, è sconosciuta “.

Il meccanismo attraverso il quale stelle supergiganti come Betelgeuse perdono la materia nello spazio non è ben compreso nonostante il suo ruolo chiave nel ciclo di vita della materia, arricchendo il materiale interstellare da cui si formeranno le stelle e i pianeti futuri. Studi dettagliati ad alta risoluzione delle regioni attorno a stelle massicce sono essenziali per migliorare la nostra comprensione.

Richards ha aggiunto: “Betelgeuse produce un vento equivalente a perdere la massa della Terra ogni tre anni, arricchito con le sostanze chimiche che andranno nella prossima generazione di formazione di stelle e pianeti. I dettagli completi di come queste stelle fresche ed evolute lanciano i loro venti è una delle restanti grandi domande nell’astronomia stellare. ”

La ricerca continua aiuterà gli scienziati a determinare in che modo gli elementi che costituiscono i mattoni della vita ritornano nello spazio e quanto Betelgeuse sia vicina all’esplosione come una supernova.

Questo video mostra la stella Betelgeuse prima e dopo il suo oscuramento senza precedenti. Le osservazioni, prese con lo strumento SPHERE sul Very Large Telescope dell’ESO a gennaio e dicembre 2019, mostrano quanto la stella sia sbiadita e come sia cambiata la sua forma apparente. Credit: ESO/M. Montargès et al.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. The Betelgeuse Project: Constraints from Rotation – J. Craig Wheeler, S. Nance, – Preprint 28 November 2016
  2. Astronomy – Di Eric Betz  -When Betelgeuse goes supernova, what will it look like from Earth – Pubblicato: venerdì 14 febbraio 2020
  3. Amici della Scienza – www.focusuniverse.com
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21 Febbraio 2020 10:55 PM
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