El astrofísico Miguel Montargès tiene un claro recuerdo del momento en que las estrellas se convirtieron en lugares reales para él. Tenía 7 u 8 años y miraba desde el jardín del apartamento de sus padres en el sur de Francia. Una enorme estrella roja parpadeaba en la noche. El joven aficionado al espacio relacionó la estrella con un mapa que había estudiado en una revista de astronomía y se dio cuenta de que sabía su nombre: Betelgeuse.
Algo cambió para él. Aquella estrella ya no era una mancha anónima que flotaba en un vasto mar inexplorado. Era un destino, con un nombre.
«Pensé, wow, por primera vez… puedo nombrar una estrella», dice. Desde entonces, Montargès, ahora en el Observatorio de París, ha escrito su tesis doctoral y una docena de artículos sobre Betelgeuse. Considera a la estrella una vieja amiga, y la observa muchas veces al año, por trabajo y por diversión. Se despide cada mes de mayo cuando la estrella se desliza detrás del sol desde la perspectiva de la Tierra, y vuelve a saludar en agosto cuando la estrella regresa.
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«Es mi estrella favorita», dice. «No quiero que muera»
Otros investigadores, sin embargo, estaban ansiosos por ver la explosión de Betelgeuse en tiempo real. Las supernovas marcan la muerte violenta de estrellas que son al menos ocho veces más masivas que el sol (SN: 11/7/20, p. 20). Pero los astrónomos aún no saben qué es lo que indica que una está a punto de estallar. Los estallidos salpican el espacio interestelar con elementos que acaban formando la mayor parte de los planetas y las personas: carbono, oxígeno y hierro (SN: 18/2/17, p. 24). Así que la cuestión de cómo se producen las supernovas es una cuestión de nuestros propios orígenes.
Pero las explosiones son raras – los astrónomos estiman que una ocurre en nuestra galaxia sólo unas pocas veces por siglo. La última que se vio cerca, SN 1987A, fue hace más de 33 años en una galaxia vecina (SN: 18/2/17, p. 20). Betelgeuse es sólo una de las muchas estrellas envejecidas y masivas -llamadas supergigantes rojas- que podrían convertirse en supernovas en cualquier momento. Pero como es una de las más cercanas y brillantes, Betelgeuse es la que los entusiastas del espacio conocen mejor.
Así que cuando la estrella empezó a actuar de forma extraña a finales del año pasado, Montargès y un pequeño grupo de incondicionales de Betelgeuse apuntaron todos los telescopios que pudieron al gigante que se estaba oscureciendo. En los meses siguientes, la estrella recuperó su brillo habitual y el entusiasmo por una supernova inminente se desvaneció. Sin embargo, la avalancha de datos recogidos en la carrera por averiguar lo que estaba ocurriendo podría ayudar a responder a otra pregunta que lleva mucho tiempo planteándose: ¿Cómo es que las estrellas masivas y viejas envían al cosmos su materia estelar constructora de planetas incluso antes de explotar?
El hombro de Orión
Si has mirado a las estrellas durante el invierno en el hemisferio norte, probablemente hayas visto Betelgeuse, te hayas dado cuenta o no. La estrella es la segunda más brillante de la constelación de Orión, marcando el hombro izquierdo del cazador desde nuestra perspectiva.
Y es enorme. Las estimaciones de las estadísticas vitales de Betelgeuse varían, pero si se sentara en el centro de nuestro sistema solar, la estrella llenaría gran parte del espacio entre el sol y Júpiter. Con una masa entre 15 y 20 veces superior a la del Sol, entre 750 y 1.000 veces su diámetro y a unos 550 años luz de la Tierra, Betelgeuse suele ser la sexta y la séptima estrella más brillante del cielo.
El brillo de Betelgeuse varía, incluso en circunstancias normales. Sus capas exteriores son un caldero burbujeante de gas caliente y plasma. A medida que el material caliente sube a la superficie, la estrella se hace más brillante; cuando el material cae hacia el núcleo, la estrella se oscurece. Este ciclo de convección pone a Betelgeuse en un interruptor semiregular que fluctúa aproximadamente cada 400 días. El brillo de la estrella también varía aproximadamente cada seis años, aunque los astrónomos no saben por qué.
Lo que sí saben es que a Betelgeuse se le está acabando el tiempo. Tiene menos de 10 millones de años, un joven comparado con el Sol, de unos 4.600 millones de años. Pero como Betelgeuse es tan masiva y quema su combustible tan rápidamente, ya está en la etapa final de la vida de una supergigante roja. Algún día, en un futuro no muy lejano, la estrella no podrá soportar su propio peso: se derrumbará sobre sí misma y rebotará en una supernova.
«Sabemos que un día va a morir y a explotar», dice Emily Levesque, astrofísica de la Universidad de Washington en Seattle. Pero nadie sabe cuándo. «En términos astronómicos, ‘un día’ significa en algún momento de los próximos 200.000 años».
En octubre de 2019, Betelgeuse comenzó a oscurecerse, lo que no era demasiado extraño en sí mismo. El cambio encajaba dentro del ciclo normal de 400 días aproximadamente, dice el astrónomo Edward Guinan de la Universidad de Villanova en Pensilvania, que ha estado siguiendo los ciclos de brillo de Betelgeuse desde la década de 1980.
Pero en Navidad, Betelgeuse era la más tenue que había sido en los más de 100 años que los astrónomos han medido. Y el oscurecimiento continuó hasta febrero.
Guinan fue uno de los primeros en dar la alarma. El 7 de diciembre, y de nuevo el 23 de diciembre, él y sus colegas publicaron un boletín en el sitio web The Astronomer’s Telegram anunciando el «desmayo» de la estrella y animando a sus colegas astrónomos a echar un vistazo.
No había ninguna razón para pensar que el oscurecimiento fuera un presagio de una supernova. «Nunca dije que fuera a ser una», dice Guinan. Pero como estas explosiones son tan raras, los astrónomos no saben cuáles son las señales de una supernova inminente. El oscurecimiento podría ser una de ellas.
Ese informe de comportamiento extraño era todo lo que los astrónomos y los aficionados al espacio necesitaban escuchar. En Internet, la historia se incendió.
«En Twitter, fue una histeria», dice Andrea Dupree, astrofísica del Centro de Astrofísica del Smithsonian de Harvard & en Cambridge, Mass. Recuerda haber visto un tuit que sugería que la explosión iba a ocurrir esa noche, con el hashtag #HIDE. «¿Dónde me voy a esconder? ¿Debajo de mi escritorio?» (Cuando Betelgeuse finalmente explote, probablemente no dañará la vida en la Tierra – está a una distancia segura.)
La mayoría de los astrónomos no creían realmente que el fin de Betelgeuse estaba cerca, incluso cuando se apresuraron a programar el tiempo de telescopio. Pero algunos se dejaron llevar por la emoción.
«No espero que explote», recuerda Guinan que pensó. «Pero no quiero pestañear». Se apuntó a las alertas telefónicas de los telescopios que detectan partículas invisibles llamadas neutrinos y ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales. La detección de cualquiera de ellas podría ser una señal temprana de una supernova. El pasado mes de enero, a la 1 de la madrugada, se encontró con un informe de ondas gravitacionales procedentes de la dirección de Orión. «Estaba nublado, pero pensé que podría ver un brillo», dice. «Me volví loco por ello»
Otros también eran creyentes, hasta que sus datos pusieron en duda la noción.
«Pensé que podría», dice el astrofísico Thavisha Dharmawardena, del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania. «Sabíamos que había otras explicaciones y que tendríamos que investigarlo. Pero sabemos que Betelgeuse es una estrella vieja, cercana al final de su vida. Fue emocionante»
Dos bandos
Una vez que la estrella empezó a recuperar su brillo habitual a mediados de febrero, las conversaciones sobre una supernova inminente se desvanecieron. Un artículo publicado el 10 de octubre en el Astrophysical Journal aumentó la confianza en la longevidad de Betelgeuse, sugiriendo que la estrella está justo al comienzo de su vejez y le quedan al menos 100.000 años antes de explotar. Pero, si no está a punto de explotar, ¿qué es lo que está haciendo?
A medida que los resultados de los telescopios de todo el mundo y del espacio han ido llegando, la mayoría de los astrónomos se han dividido en dos bandos. Uno dice que el oscurecimiento de Betelgeuse fue causado por una nube de polvo expulsada por la propia estrella, que bloquea su brillo. El otro bando no está seguro de cuál es la explicación, pero dice «no» a la especulación del polvo.
Si la teoría del polvo resulta cierta, podría tener profundas implicaciones para los orígenes de la química compleja, los planetas e incluso la vida en el universo. Las supergigantes rojas están rodeadas de nubes difusas de gas y polvo llenas de elementos que sólo se forjan en las estrellas, y esas nubes se forman antes de que la estrella explote. Incluso antes de morir, las supergigantes parecen legar material a la siguiente generación de estrellas.
«El carbono, el oxígeno de nuestro cuerpo, viene de ahí: de la supernova y de las nubes que rodean a las estrellas moribundas», dice Montargès. Pero no está claro cómo esos elementos escapan de las estrellas en primer lugar. «No tenemos ni idea», dice.
Montargès esperaba que el estudio del oscurecimiento de Betelgeuse permitiera a los científicos ver ese proceso en acción.
En diciembre de 2019, él y sus colegas tomaron una imagen de Betelgeuse en luz visible con el instrumento SPHERE en el Very Large Telescope de Chile. Esa imagen mostró que, sí, Betelgeuse era mucho más tenue de lo que había sido 11 meses antes – pero sólo la mitad inferior de la estrella. Quizá la culpa la tuviera una nube de polvo asimétrica.
Las observaciones del 15 de febrero de 2020 parecen apoyar esa idea (SN: 4/11/20, p. 6). Levesque y Philip Massey, del Observatorio Lowell en Flagstaff, Arizona, compararon las observaciones de febrero con otras similares de 2004. La temperatura de la estrella no había descendido tanto como cabría esperar si el oscurecimiento se debiera a algo intrínseco a la estrella, como sus ciclos de convección, informó la pareja en el Astrophysical Journal Letters del 10 de marzo.
Eso dejaba al polvo como una explicación razonable. «Sabemos que Betelgeuse pierde masa y produce polvo a su alrededor», dice Levesque. «El polvo podría haber venido hacia nosotros, haberse enfriado y haber bloqueado temporalmente la luz».
Nube oscura
Un fuerte voto por el polvo vino de Dupree, que estaba observando Betelgeuse con el telescopio espacial Hubble. Al igual que Guinan, tiene una relación de décadas con Betelgeuse. En 1996, ella y su colega Ronald Gilliland observaron Betelgeuse con el Hubble para obtener la primera imagen real de una estrella que no fuera el Sol. La mayoría de las estrellas están demasiado lejos y son demasiado débiles para mostrarse como algo más que un punto. Betelgeuse es una de las pocas estrellas cuya superficie puede verse como un disco bidimensional, un lugar real.
A finales de 2019, Dupree observaba Betelgeuse con el Hubble varias veces al año. Había reunido un equipo internacional de investigadores al que llama el MOB, por Meses de Betelgeuse, para observar la estrella con frecuencia en una variedad de longitudes de onda de luz.
El objetivo era el mismo que el de Montargès: responder a preguntas fundamentales sobre cómo Betelgeuse, y quizás otras supergigantes rojas, pierden material. El MOB tenía observaciones de referencia de antes del oscurecimiento y ya tenía programado el tiempo del Hubble para rastrear los ciclos de brillo de la estrella.
Estas observaciones mostraron que en enero y marzo de 2019, Betelgeuse parecía «perfectamente normal», dice Dupree. Pero desde septiembre hasta noviembre, justo antes del evento de oscurecimiento, la estrella emitió más luz ultravioleta -hasta cuatro o cinco veces su brillo UV habitual- sobre su hemisferio sur.
La temperatura y la densidad de electrones en esa región también subieron. Y el material parecía desplazarse hacia el exterior, alejándose de la estrella y dirigiéndose hacia la Tierra.
La teoría de Dupree y sus colegas sobre lo sucedido, publicada en el Astrophysical Journal del 10 de agosto, es que una de las gigantescas burbujas de plasma caliente que siempre se agitan en las capas exteriores de la estrella se elevó hasta el borde de la atmósfera estelar y se escapó, enviando enormes cantidades de material al espacio interestelar. Esa podría ser una de las formas en que las supergigantes rojas se desprenden de material antes de explotar.
Una vez que huyó de la estrella, ese material caliente se enfrió, se condensó en polvo y flotó frente a Betelgeuse durante varios meses. Cuando el polvo se despejó, Betelgeuse volvió a aparecer más brillante.
«Nos parece que lo que vimos con el ultravioleta es una especie de pistola humeante», dice Dupree. «Este material se movió hacia fuera, se condensó y formó esta nube de polvo oscura, oscura».
Paul Hertz, director de la división de astrofísica de la NASA, compartió los resultados del Hubble en una reunión en línea de la NASA el 10 de septiembre como si fuera la respuesta final. «Misterio resuelto», dijo. «No va a ser una supernova en breve»
Ciclos y manchas
Tal vez no – pero eso no significa que el polvo explique el oscurecimiento.
En el Astrophysical Journal Letters del 1 de julio, Dharmawardena y sus colegas publicaron observaciones de Betelgeuse que iban en contra de la explicación del polvo. Su equipo utilizó el telescopio James Clerk Maxwell en Hawai en enero, febrero y marzo para observar Betelgeuse en longitudes de onda submilimétricas de luz. «Si pensamos que es una nube de polvo, el submilímetro es la longitud de onda perfecta para mirar», dice.
El polvo debería haber hecho que Betelgeuse se viera más brillante en esas longitudes de onda, ya que los granos flotantes absorbían y reemitían la luz estelar. Pero no fue así. En todo caso, la estrella se oscureció ligeramente. «Lo primero que pensamos fue que habíamos hecho algo mal: todos los miembros de la comunidad esperaban que fuera polvo», dice. Pero «el hecho de que no aumentara o se mantuviera constante en el submilímetro era prácticamente un indicio de que no era polvo».
Las observaciones en el infrarrojo con el telescopio SOFIA, que se encuentra en el aire, también deberían haber encontrado la firma brillante del polvo, si es que existía. «Nunca apareció», dice Guinan. «No creo que sea polvo».
En cambio, Guinan cree que el oscurecimiento puede haber sido parte del ciclo de convección natural de Betelgeuse. La atmósfera exterior de la estrella pulsa constantemente y «respira» mientras enormes burbujas de plasma caliente suben a la superficie y se hunden de nuevo. «Está impulsado por el núcleo interno de la estrella», dice. «Tienes burbujas calientes que suben, se enfrían, se vuelven más densas y vuelven a caer».
La sincronización de múltiples ciclos podría explicar por qué el oscurecimiento de 2019 fue tan extremo. Guinan y sus colegas analizaron unos 180 años de observaciones de Betelgeuse, que se remontan al descubrimiento del astrónomo John Herschel en 1839 de que el brillo de la estrella varía. El grupo de Guinan descubrió que, además de los ciclos de aproximadamente seis años y 400 días, Betelgeuse podría tener un tercer ciclo más pequeño de unos 187 días. Parece que los tres ciclos podrían haber alcanzado sus nadires de brillo al mismo tiempo a finales de 2019, dice Guinan.
O quizás la oscuridad en el hemisferio sur que el equipo de Montargès vio con SPHERE era una enorme mancha estelar, ofrece Dharmawardena. En el caso del sol, esas manchas oscuras, llamadas manchas solares, marcan los lugares de actividad magnética en la superficie. Betelgeuse es una de las pocas estrellas en las que se han visto directamente manchas estelares.
Pero para causar el oscurecimiento de Betelgeuse, una mancha estelar tendría que ser enorme. Las manchas estelares típicas cubren entre el 20 y el 30 por ciento de la superficie de una estrella, dice Dharmawardena. Esta tendría que cubrir al menos la mitad, tal vez hasta el 70 por ciento.
«Eso es raro», admite Dharmawardena. «Pero también lo es este tipo de oscurecimiento».
Disrupciones pandémicas
Los análisis siguen llegando. Pero justo cuando Betelgeuse estaba volviendo a su brillo normal, se produjo la pandemia de COVID-19.
«Esperábamos tener muchos más datos», dice Dharmawardena.
Algunas observaciones llegaron justo bajo cuerda. Las observaciones del SOFIA se realizaron en uno de los últimos vuelos antes de que la pandemia dejara en tierra el avión que transporta el telescopio. Y Montargès echó otro vistazo con SPHERE pocos días antes de que su observatorio cerrara a mediados de marzo.
Pero uno de los resultados más esperados por Montargès podría no llegar nunca. Ansioso por resolver el misterio del polvo frente al no polvo, su plan era combinar dos tipos de observaciones: hacer una imagen bidimensional de todo el disco de la estrella, como hizo Dupree con el Hubble en los años 90, pero en longitudes de onda más largas, como el infrarrojo o el submilimétrico, como las imágenes de Dharmawardena de principios de 2020. De ese modo, se podría diferenciar el polvo de la estrella, razonó.
Sólo un observatorio puede hacer ambas cosas a la vez: el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, o ALMA, en Chile. Montargès había planeado pedir observar Betelgeuse con ALMA en junio y julio, cuando los cielos de invierno en el hemisferio sur están más libres de turbulencias. Pero ALMA cerró en marzo y seguía cerrado en septiembre.
«Cuando me di cuenta de que ALMA no tendría tiempo en junio, pensé… nunca lo vamos a resolver», dice. «Puede que nunca estemos completamente seguros, debido a COVID».
Cualquier otra estrella
Montargès y sus colegas han presentado su análisis de las imágenes de SPHERE de marzo para su publicación. Aunque todavía no está dispuesto a compartir los resultados, cree que podrían unir a los dos bandos.
En última instancia, si Betelgeuse escupió una nube de polvo el año pasado, podría enseñarnos sobre los orígenes de la vida en el universo, dice Montargès. Si el bando del polvo tiene razón, aunque sea parcialmente, el oscurecimiento de Betelgeuse puede haber sido la primera vez que los humanos han visto cómo se lanzan las semillas de la vida al cosmos.
Mientras tanto, se siente aliviado de ver a su estrella favorita brillando de nuevo. «Debo admitir que desde diciembre, desde que empezó todo este asunto, cada vez que la veo, estoy como, uf, sigue ahí», dice.
La gente le sigue preguntando si le gustaría que Betelgeuse se convirtiera en supernova para poder estudiarla. «Me gustaría que otra estrella se convirtiera en supernova», dice. «Antares, no me importa; puede explotar en cualquier momento. Pero Betelgeuse no».