Quando Betelgeuse explodir tornando-se uma supernova, ela brilhará tanto quanto a lua cheia em nosso céu

Betelgeuse é um aglomerado irregular de gás fervente. Crédito da imagem: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. O'Gorman/P. Kervella

Alpha Orionis, conhecida como Betelgeuse, é uma estrela de brilho variável e é uma das estrelas mais brilhantes do céu noturno e também uma das maiores estrelas conhecidas pelos astrônomos. 

Formando o ombro esquerdo da constelação de Orion, Betelgeuse é a chamada gigante vermelha, uma estrela nos estágios finais de sua vida, que às vezes leva a especulações de que em breve poderá explodir em uma supernova. 

Localizada a cerca de 650 anos-luz da Terra, Betelgeuse geralmente é classificada como a décima estrela mais brilhante no céu noturno. A estrela, no entanto, é conhecida por seu escurecimento e brilho periódicos, o que às vezes a faz subir ou descer um pouco no ranking.

Os astrônomos estimam que Betelgeuse tem apenas 10 milhões de anos, ou seja, 50 vezes mais jovem que o nosso sol. Apesar de sua idade relativamente jovem, Betelgeuse já esgotou seu combustível de hidrogênio em seu núcleo e agora está no estágio final de gigante vermelha de sua vida, fundindo hélio em carbono.

CICLO DE VIDA DE BETELGEUSE

A razão para a vida acelerada de Betelgeuse é o fato de que ela provavelmente nasceu muito grande. De acordo com ScienceAlert, Betelgeuse costumava ser uma estrela azul-branca do tipo O, o tipo mais massivo da sequência principal, estrelas que queimam hidrogênio. Quanto maior a estrela, mais brilhante ela fica e quanto mais hidrogênio ela queima mais quente ela fica. Mas também quanto mais rápido esgotar o hidrogênio mais cedo se transformará em uma gigante vermelha. 

Em seu auge, Betelgeuse deve ter sido dezenas de vezes mais massiva que o nosso sol e dezenas a centenas de vezes mais luminosa. As temperaturas em sua superfície podem ter atingido impressionantes 50.000 graus Celsius (89.500 graus Fahrenheit), em comparação com os "mornos" 5.500 graus C (10.000 graus F) do sol.

Depois que Betelgeuse esgotou seu hidrogênio e começou a queimar hélio, seu envoltório se expandiu muito além de seu tamanho original. Hoje, Betelgeuse é uma das maiores estrelas conhecidas, medindo mais de 1,2 bilhão de quilômetros (700 milhões de milhas) de diâmetro. Se Betelgeuse substituísse o sol no centro do sistema solar, chegaria até Júpiter. Por outro lado, a estrela não está mais tão quente quanto costumava ser. A 3.300 graus C (5.800 graus F), a superfície de Betelgeuse está agora mais fria que a do sol. Ainda assim, a estrela brilha 7.500 a 14.000 vezes mais que a nossa estrela, de acordo com a NASA.

Devido ao seu enorme tamanho e proximidade relativa com a Terra, Betelgeuse é uma das poucas estrelas que podem ser estudadas com mais detalhes por telescópios na Terra e em sua órbita, Morgan MacLeod, disse um pós-doutorando em astrofísica teórica na Universidade de Harvard que estuda a estrela.

"A maioria das estrelas, exceto o nosso Sol, não pode ser estudada com nenhum detalhe", disse MacLeod. "Nós as vemos apenas como fontes pontuais de luz. Mas Betelgeuse é grande o suficiente para que possamos observa-la com o Telescópio Espacial Hubble.

Essas imagens revelam um corpo impressionante, bem diferente do nosso sol. Em vez de uma única esfera lisa de plasma superquente, Betelgeuse é um aglomerado irregular de bolhas de gás em ebulição, algumas delas tão grandes quanto uma pequena estrela. Enormes plumas de material quente sobem do núcleo de Betelgeuse à sua superfície, depois esfriam e desaparecem de volta ao interior. É como o ciclo do sol com doses muito altas de esteroides.

O GRANDE ESCURECIMENTO DE BETELGEUSE

Em 2019, Betelgeuse escureceu repentinamente de uma forma nunca vista antes. Crédito da imagem: ESO/M. Montargès et al.

Nos últimos anos, Betelgeuse vem ganhando as manchetes, pois seu comportamento se tornou um tanto errático. Durante séculos, os astrônomos observaram o brilho de Betelgeuse aumentar e diminuir em um ciclo regular de 400 dias, subindo para a magnitude de 0,3 e depois diminuindo para cerca de 0,8 (magnitude é uma medida do brilho de uma estrela que é logarítmica e inversamente proporcional ao real brilho observado, então quanto menor o número, mais brilhante o objeto. Por exemplo, em seu ponto mais brilhante, o planeta Vênus brilha com uma magnitude de cerca de -4,6).

Mas em dezembro de 2019, a estrela repentinamente ficou 2,5 vezes mais fraca do que nunca. A causa do evento, desde então apelidado de Grande Escurecimento, foi posteriormente atribuída a uma enorme expulsão de material do interior da estrela que criou uma enorme nuvem de poeira que posteriormente obscureceu nossa visão da estrela. 

Embora a nuvem de poeira tenha se dissipado e Betelgeuse tenha recuperado seu brilho habitual, a estrela não voltou a ser como antes. Seu período de oscilação de brilho de 400 dias caiu pela metade, para 200 dias e, além disso, na primavera de 2023, a estrela começou a brilhar além de seu pico de luminosidade usual.

Com telescópios modernos, os astrônomos realizam várias observações de explosões de supernovas todas as noites. A maioria delas, no entanto, está muito longe. A supernova de Betelgeuse será diferente. Crédito da imagem: NASA/CSC/M.Weiss

SUPERNOVA BETELGEUSE

As travessuras de Betelgeuse geraram especulações de que a estrela poderia explodir em uma supernova em breve. Explosões de supernovas são o canto do cisne de estrelas muito massivas. Depois de consumir todo o hélio em seus núcleos, as gigantes vermelhas começam a queimar carbono e oxigênio em néon e magnésio, depois os queimam em silício. Eventualmente, os núcleos das estrelas se enchem de ferro. E é aí que começam os fogos de artifício.

"Adicionar núcleos de hélio a um átomo de ferro, na verdade extrai energia em vez de liberar energia", disse MacLeod. "Então, de repente, em vez de uma reação que libera enormes quantidades de energia, o centro da estrela começa a absorver energia. E quando essa mudança acontece, o centro da estrela colapsa sobre si mesma de dentro para fora, e então isso leva ao que chamamos de supernova de colapso do núcleo".

As explosões de supernovas são tão brilhantes que ofuscam galáxias inteiras. Com os atuais telescópios sensíveis, os astrônomos podem detectar supernovas nos confins do universo. Várias dessas explosões podem ser detectadas em uma única noite, mas a maioria delas está tão distante que nós, meros mortais, não podemos notar.

Uma supernova de Betelgeuse seria diferente. Devido à proximidade da estrela, a explosão seria tão brilhante que seria visível mesmo durante o dia.

"Quando isso acontecer, a estrela ficará tão brilhante quanto a lua cheia, exceto que ficará concentrada em um único ponto", disse Miguel Montargès, pós-doutorando no Laboratório de Estudos Espaciais e Instrumentação em Astrofísica do Observatório de Paris e especialista em Betelgeuse, disse ao Space.com. "Por talvez dois meses, será tão brilhante que, se você desligar todas as luzes de uma cidade e não houver nuvens, poderá ler um livro à luz da supernova".

Betelgeuse é a segunda estrela mais brilhante da constelação de Orion. Crédito da imagem: ALAN DYER/VWPICS/BIBLIOTECA DE FOTOS CIENTÍFICAS

QUAL A PROBABILIDADE DE BETELGEUSE SE TORNAR UMA SUPERNOVA EM NOSSA VIDA?

Com a promessa de tal espetáculo, não é surpresa que os observadores do céu desejem que Betelgeuse morra. A última vez que uma estrela massiva virou supernova em nossa galáxia, a Via Láctea, foi na era do famoso astrônomo Johannes Kepler. A supernova SN 1604, também conhecida como supernova Kepler, brilhou intensamente no céu durante três semanas, de acordo com registros históricos.

Mas a maioria dos astrônomos que estudam Betelgeuse moderam as expectativas. De acordo com os modelos mais aceitos, a estrela está apenas nos estágios iniciais de sua vida gigante vermelha, felizmente fundindo hélio, e ainda a dezenas de milhares de anos de seu boom.

"A fase de queima de hélio dura várias centenas de milhares de anos", disse Montargès. "Então você tem a próxima fase que dura cerca de 10.000 anos, depois milhares de anos, e então é um século, e o final é apenas alguns dias e horas antes da explosão".

Enquanto Betelgeuse está perto o suficiente para os astrônomos estudarem a composição química de sua atmosfera, nenhum instrumento existente pode espiar dentro do núcleo da estrela para ver se está realmente fundindo hélio ou se já passou a fundir carbono e oxigênio. A maioria das suposições sobre o estado de Betelgeuse são, portanto, baseadas em observações de outras estrelas gigantes vermelhas, segundo Montargès

Por exemplo, acredita-se que outra gigante vermelha da Via Láctea conhecida como VY CMa, localizada a 3.900 anos-luz da Terra na constelação de Canis Major, esteja muito mais perto do momento de sua morte do que Betelgeuse. Mas, ao contrário da brilhante Betelgeuse, essa estrela tem escurecido consistentemente nos últimos 100 anos.

"Cem anos atrás, VY CMa costumava ser visível a olho nu", disse Montargès. "Mas expeliu tanto material que agora só podemos vê-la no infravermelho. Essa expulsão de material é o que esperamos ver quando a estrela se aproximar da explosão de supernova. VY CMa já removeu cerca de 60% de sua massa original, enquanto Betelgeuse ainda tem 95% de seu material inicial".

O astrônomo acrescentou que, segundo registros históricos, Betelgeuse costumava ser descrita como uma estrela amarela até 2.000 anos atrás, quando os poetas começaram a descrevê-la como vermelha. Isso, pensa Montargès, pode indicar que Betelgeuse está apenas nos primeiros estágios de sua vida como gigante vermelha.

COMO OBSERVAR BETELGEUSE

A décima estrela mais brilhante do céu, Betelgeuse é fácil de localizar e observar, mesmo nas cidades mais poluídas. A constelação de Orion enfeita o céu noturno nos meses de inverno nos hemisférios norte e sul. A característica mais distinta da constelação é o cinturão formado por três estrelas brilhantes. Acima deles está o triângulo do que deveria ser a cabeça e os ombros de Orion. A estrela avermelhada à esquerda é Betelgeuse, a segunda estrela mais brilhante da constelação. 

PERGUNTAS FREQUENTES SOBRE BETELGEUSE RESPONDIDAS POR UM ESPECIALISTA

Fizemos algumas perguntas comuns ao astrofísico Morgan MacLeod sobre Betelgeuse.

Morgan MacLeod S  

Astrofísico

 

Morgan MacLeod é astrofísico do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Ele estuda estrelas e sistemas estelares usando modelagem computacional e métodos de simulação.

Por que Betelgeuse é interessante para os astrônomos?

Betelgeuse é uma estrela incrível. É um dos ombros de Orion e, quando olhamos para a constelação de Orion, está bem na nossa frente. A maioria das estrelas, exceto o sol, não conseguimos ver em detalhes, apenas as vemos como fontes pontuais de luz. Mas Betelgeuse é grande o suficiente em nosso céu para que possamos analisa-la com o Telescópio Espacial Hubble e com radiotelescópios. E o que vemos nessas imagens é que a estrela é irregular. Não é uma esfera perfeita. É uma coisa borbulhante fervendo, e o tamanho dessas protuberâncias é semelhante ao tamanho de uma estrela. 

Vemos que há uma forte convecção acontecendo dentro de Betelgeuse. A estrela inteira está essencialmente fervendo de maneira extrema. Vemos a convecção em nosso sol, mas as células convectivas do sol são realmente pequenas comparadas ao tamanho do sol. Com Betelgeuse, essa ebulição está em uma escala completamente diferente.

Você acha que Betelgeuse vai se tornar uma supernova em breve?

Nossos melhores modelos indicam que Betelgeuse ainda está relativamente longe de explodir. Estamos falando de dezenas de milhares ou talvez cem mil anos, se esses modelos estiverem corretos. 

Em outras estrelas que explodiram em supernovas, vimos fases semelhantes às que vemos em Betelgeuse. Houve explosões de brilho e escurecimento, o que sugere que essa convecção incrivelmente forte e violenta que estamos vendo em Betelgeuse é parte da preparação para uma explosão de supernova em algumas estrelas supergigantes vermelhas.

Mas também achamos que pode levar algum tempo até que a estrela chegue a essa explosão. E uma das perguntas que os astrônomos adorariam saber a resposta é: se há algum sinal revelador de que uma estrela está a um ano de explodir em uma supernova, uma década ou 1.000 anos? E agora, nós simplesmente não sabemos. Mas é por isso que estamos estudando Betelgeuse com tantos detalhes, porque pensamos que é um exemplo do tipo de estrela que passa por esse caminho evolutivo e é o exemplo mais próximo [de tal estrela] e, portanto, temos esta chance de analisar sua estrutura no céu e estudá-la com detalhes incríveis. 

O que você sabe sobre o Grande Escurecimento de Betelgeuse?

O escurecimento em 2019 foi o mais significativo nos mais de 100 anos em que os astrônomos acompanham o brilho de Betelgeuse. A estrela ficou mais escura por um período de alguns meses e depois voltou a brilhar para perto de seus níveis normais. Mas depois disso, notamos que o período normal de pulsação da estrela mudou de 400 dias para 200 dias. 

Queríamos entender a conexão entre esses dois eventos. Então, estudamos esse processo com uma simulação de computador e descobrimos que muito provavelmente, dentro do interior fervente de Betelgeuse, duas bolhas realmente grandes de fluido se chocaram de uma maneira particularmente dramática que acontece apenas uma vez em um século. E essa colisão enviou uma enorme quantidade de material para a superfície e gerou ondas de choque à sua frente. E quando aquele pedaço de material atingiu a superfície, parte do material explodiu da superfície, mas, ao mesmo tempo, o interior começou a cair de volta. Então, essencialmente, o exterior e o interior da estrela ficaram fora de sincronia e cogitamos que isso causou a mudança do período de pulsação. 

O que você espera que aconteça com Betelgeuse nos próximos anos?

Acreditamos que ela retornará ao seu ciclo regular de 400 dias de escurecimento e brilho nos próximos cinco a dez anos. 

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RECURSOS ADICIONAIS

Assista a este breve vídeo da Agência Espacial Europeia sobre Betelgeuse. Aqui você pode ver algumas imagens impressionantes de Betelgeuse tiradas pelo Very Large Telescope do European Southern Observatory. Esta animação mostra como Betelgeuse mudou seu brilho durante o Grande Escurecimento. 

BIBLIOGRAFIA

Wheeler, JC, Chatzopoulos, E. Betelgeuse: uma revisão, Astronomy & Geophysics, Volume 64, Edição 3, junho de 2023

https://doi.org/10.1093/astrogeo/atad020

Davis, K. Alpha Orionis (Betelgeuse), Associação Americana de Observadores de Estrelas Variáveis, acesso em junho de 2023

https://www.aavso.org/vsots_alphaori

Montargès, M. et al. Um véu empoeirado sombreando Betelgeuse durante seu Grande Escurecimento, Nature, junho de 2021

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03546-8

MacLeod, M. et al. Left Ringing: Betelgeuse ilumina a conexão entre explosões convectivas, mudança de modo e ejeção de massa em supergigantes vermelhas, Arxiv, maio de 2023

https://arxiv.org/abs/2305.09732

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Referência:

PULTAROVA, Tereza; HOWELL, Elizabeth. Betelgeuse: A guide to the giant star sparking supernova hopes. Space, Nova York, 07, jun. 2023. References. Disponível em: <https://www.space.com/22009-betelgeuse.html>. Acesso em: 12, jun. 2023.

Marcello Franciolle     
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.