Uma nova versão da superfície fervente de Betelgeuse

Betelgeuse é uma estrela supergigante vermelha bem conhecida na constelação de Órion. Recentemente, ganhou muita atenção, não só porque variações no seu brilho levaram a especulações de que uma explosão poderia ser iminente, mas também porque as observações indicaram que está a rodar muito mais rápido do que o esperado. 

Uma comparação direta de uma simulação computacional de uma supergigante vermelha não rotativa com observações ALMA de Betelgeuse. Se não for suficientemente resolvida em telescópios, a convecção em grande escala pode resultar em um mapa de velocidade dipolar. A linha superior mostra mapas de intensidade, a linha inferior mostra mapas de velocidade radial. A coluna da esquerda mostra a simulação da estrela em resolução máxima; a coluna do meio mostra observações simuladas com resolução reduzida. A coluna da direita mostra a observação real do ALMA. Crédito: The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad24fd

Esta última interpretação é agora posta em causa por uma equipa internacional liderada por astrónomos do Instituto Max Planck de Astrofísica, que propõe que a superfície de ebulição de Betelgeuse pode ser confundida com rotação mesmo nos telescópios mais avançados. Outros astrónomos estão a analisar ativamente novos dados observacionais para testar tais hipóteses.

Sendo uma das estrelas mais brilhantes do hemisfério norte, Betelgeuse pode ser facilmente encontrada a olho nu na constelação de Órion. Betelgeuse é uma das maiores estrelas conhecidas. Com um diâmetro superior a 1 bilhão de quilômetros, é quase 1.000 vezes maior que o Sol. Se estivesse em nosso sistema solar, teria engolfado a Terra com sua atmosfera atingindo Júpiter.

Uma estrela tão grande não deveria girar rapidamente. Na sua evolução, a maioria das estrelas expande-se e gira para baixo para conservar o momento angular. No entanto, observações recentes sugeriram que Betelgeuse está girando bastante rápido (a 5 km/s), duas ordens de magnitude mais rápido do que uma única estrela evoluída deveria girar.

A evidência mais proeminente da rotação de Betelgeuse veio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). As 66 antenas do ALMA funcionam juntas como se fossem um único telescópio gigante. Eles utilizam uma técnica conhecida como interferometria, onde duas ou mais antenas captam um sinal do universo e unem forças para analisar o sinal e obter informações sobre sua fonte de emissão.

Usando esta técnica, os astrónomos descobriram um mapa de velocidades radiais dipolares na camada exterior de Betelgeuse: metade da estrela parece estar a aproximar-se de nós e a outra metade parece estar a afastar-se. Esta observação, juntamente com estudos anteriores, levou à interpretação de que Betelgeuse está a rodar rapidamente.

Esta interpretação teria sido um caso claro se Betelgeuse fosse uma esfera perfeitamente redonda. No entanto, a superfície de Betelgeuse é um mundo vibrante, governado por um processo físico chamado convecção. Podemos observar convecção na nossa vida diária quando fervemos água, mas em Betelgeuse este processo é muito mais violento: as bolhas em ebulição podem ser tão grandes como a órbita da Terra em torno do Sol, cobrindo uma grande fracção da superfície de Betelgeuse. Eles sobem e descem a uma velocidade de até 30 km/s, mais rápido do que qualquer espaçonave tripulada.

Com base nesta imagem física, uma equipe internacional liderada por Jing-Ze Ma, Ph.D. um estudante do Instituto Max Planck de Astrofísica agora oferece uma explicação alternativa para o mapa de velocidade dipolar de Betelgeuse: a superfície em ebulição de Betelgeuse imita a rotação. Um aglomerado de bolhas ferventes sobe de um lado da estrela e outro grupo de bolhas afunda do outro lado. Devido à resolução limitada do telescópio ALMA, tais movimentos convectivos seriam desfocados nas observações reais, o que resultaria no mapa de velocidades dipolares. 

O trabalho está publicado no The Astrophysical Journal Letters .

A equipe desenvolveu um novo pacote de pós-processamento para produzir imagens sintéticas do ALMA e espectros submilimétricos a partir de suas simulações hidrodinâmicas de radiação 3D de estrelas supergigantes vermelhas não rotativas. Em 90% das simulações, a estrela seria interpretada como girando a vários km/s simplesmente por causa dos movimentos de ebulição em grande escala na superfície que não são claramente vistos pelo telescópio ALMA.

Mais observações são necessárias para avaliar melhor a rápida rotação de Betelgeuse, e a equipe fez previsões para observações futuras com maior resolução espacial. Felizmente, outros astrônomos já fizeram observações de Betelgeuse em maior resolução em 2022. Os novos dados estão sendo analisados ​​​​agora, o que colocará as previsões à prova e ajudará a desvendar a máscara de Betelgeuse.

"A maioria das estrelas são apenas pequenos pontos de luz no céu noturno. Betelgeuse é tão incrivelmente grande e próxima que, com os melhores telescópios, é uma das poucas estrelas onde realmente observamos e estudamos sua superfície em ebulição.

Ainda parece um pouco como um filme de ficção científica, como se tivéssemos viajado até lá para ver de perto", diz a co-autora Selma de Mink (diretora do Instituto Max Planck de Astrofísica). "E os resultados são tão entusiasmantes. Se, afinal de contas, Betelgeuse está a rodar rapidamente, então pensamos que deve ter sido girada depois de ter comido uma pequena estrela companheira que a orbitava."

“Ainda não entendemos muito sobre estrelas gigantescas em ebulição como Betelgeuse”, diz a coautora Andrea Chiavassa, astrônoma do CNRS. "Como eles realmente funcionam? Como eles perdem massa? Que moléculas podem se formar em seus fluxos? Por que Betelgeuse de repente ficou menos brilhante? Estamos trabalhando muito para tornar nossas simulações de computador cada vez melhores, mas realmente precisamos de dados incríveis de telescópios como o ALMA."

Fonte: Phys.org