L’astrofisico Miguel Montargès ha un chiaro ricordo del momento in cui le stelle sono diventate per lui luoghi reali. Aveva 7 o 8 anni e guardava dal giardino dell’appartamento dei suoi genitori nel sud della Francia. Un’enorme stella rossa brillava nella notte. Il giovane appassionato di spazio collegò la stella a una mappa che aveva studiato in una rivista di astronomia e si rese conto che ne conosceva il nome: Betelgeuse.
Qualcosa cambiò per lui. Quella stella non era più un puntino anonimo che galleggiava in un vasto mare inesplorato. Era una destinazione, con un nome.
“Ho pensato, wow, per la prima volta… posso dare un nome a una stella”, dice. Da allora, Montargès, ora all’Osservatorio di Parigi, ha scritto la sua tesi di dottorato e una dozzina di articoli su Betelgeuse. Considera la stella un vecchio amico, la osserva molte volte all’anno, per lavoro e per divertimento. La saluta ogni maggio, quando la stella scivola dietro il sole dal punto di vista della Terra, e la saluta di nuovo ad agosto, quando la stella ritorna.
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Quindi alla fine del 2019, quando la stella luminosa si è improvvisamente oscurata senza un motivo apparente, Montargès era un po’ allarmato. Alcuni hanno ipotizzato che Betelgeuse stesse per esplodere in una brillante supernova che avrebbe superato la luna piena. Gli astronomi sanno che la stella è vecchia e che ha i giorni contati, ma Montargès non era pronto a vederla andare via.
“È la mia stella preferita”, dice. “Non voglio che muoia.”
Altri ricercatori, però, erano ansiosi di vedere Betelgeuse esplodere in tempo reale. Le supernove segnano la morte violenta di stelle che sono almeno otto volte più massicce del sole (SN: 11/7/20, p. 20). Ma gli astronomi non sanno ancora cosa segnalerebbe che una sta per esplodere. Le esplosioni cospargono lo spazio interstellare di elementi che alla fine formano la maggior parte dei pianeti e delle persone – carbonio, ossigeno, ferro (SN: 18/2/17, p. 24). Quindi la questione di come avvengono le supernove è una questione delle nostre stesse origini.
Ma le esplosioni sono rare – gli astronomi stimano che una si verifichi nella nostra galassia solo poche volte al secolo. L’ultima avvistata nelle vicinanze, SN 1987A, è avvenuta più di 33 anni fa in una galassia vicina (SN: 2/18/17, p. 20). Betelgeuse è solo una delle tante stelle invecchiate e massicce – chiamate supergiganti rosse – che potrebbero andare in supernova in qualsiasi momento. Ma essendo una delle più vicine e luminose, Betelgeuse è quella che gli appassionati dello spazio conoscono meglio.
Quindi, quando la stella ha iniziato a comportarsi stranamente alla fine dell’anno scorso, Montargès e un piccolo gruppo di irriducibili di Betelgeuse hanno puntato ogni telescopio che potevano sul gigante in declino. Nei mesi successivi, la stella è tornata alla sua solita luminosità, e l’eccitazione per un’imminente supernova è svanita. Ma la raffica di dati raccolti nella fretta di capire cosa stava succedendo potrebbe aiutare a rispondere a una diversa domanda di vecchia data: Come fanno le stelle massicce e vecchie a spedire nel cosmo la loro roba planetaria anche prima di esplodere?
La spalla di Orione
Se hai guardato le stelle durante l’inverno nell’emisfero nord, probabilmente hai visto Betelgeuse, che tu te ne sia reso conto o no. La stella è la seconda più luminosa della costellazione di Orione, e segna la spalla sinistra del cacciatore dalla nostra prospettiva.
Ed è enorme. Le stime delle statistiche vitali di Betelgeuse variano, ma se si trovasse al centro del nostro sistema solare, la stella riempirebbe gran parte dello spazio tra il sole e Giove. Con una massa da 15 a 20 volte superiore a quella del Sole, da qualche parte tra 750 e 1.000 volte il suo diametro e a circa 550 anni luce dalla Terra, Betelgeuse è tipicamente tra la sesta e la settima stella più luminosa del cielo.
La luminosità di Betelgeuse varia, anche in circostanze normali. I suoi strati esterni sono un calderone ribollente di gas caldo e plasma. Quando il materiale caldo sale verso la superficie, la stella si illumina; quando il materiale cade verso il nucleo, la stella si affievolisce. Questo ciclo di convezione mette Betelgeuse su un interruttore semiregolare che oscilla ogni 400 giorni circa. Anche la luminosità della stella varia circa ogni sei anni, anche se gli astronomi non sanno perché.
Quello che sanno è che Betelgeuse è a corto di tempo. Ha meno di 10 milioni di anni, un giovane rispetto al sole che ha circa 4,6 miliardi di anni. Ma poiché Betelgeuse è così massiccia e brucia il suo carburante così rapidamente, è già nella fase finale della vita di una supergigante rossa. Un giorno, in un futuro non troppo lontano, la stella non sarà in grado di sostenere il proprio peso – collasserà su se stessa e rimbalzerà in una supernova.
“Sappiamo che un giorno morirà ed esploderà”, dice Emily Levesque, un’astrofisica dell’Università di Washington a Seattle. Ma nessuno sa quando. In termini astronomici, “un giorno” significa in qualche momento nei prossimi 200.000 anni.”
Nell’ottobre 2019, Betelgeuse ha iniziato ad oscurarsi, il che non è troppo strano di per sé. Il cambiamento rientra nel normale ciclo di circa 400 giorni, dice l’astronomo Edward Guinan della Villanova University in Pennsylvania, che ha seguito i cicli di luminosità di Betelgeuse dagli anni ’80.
Ma a Natale, Betelgeuse era il più scuro che fosse stato negli oltre 100 anni in cui gli astronomi lo hanno misurato. E l’oscuramento è continuato fino a febbraio.
Guinan è stato uno dei primi a lanciare l’allarme. Il 7 dicembre, e di nuovo il 23 dicembre, lui e i colleghi hanno pubblicato un bollettino sul sito web The Astronomer’s Telegram annunciando lo “svenimento” della stella e incoraggiando i colleghi astronomi a dare un’occhiata.
Non c’era motivo di pensare che l’oscuramento fosse foriero di una supernova. “Non ho mai detto che lo sarebbe stato”, dice Guinan. Ma poiché queste esplosioni sono così rare, gli astronomi non sanno quali siano i segnali di una supernova imminente. L’oscuramento potrebbe essere uno di questi.
Quella segnalazione di un comportamento strano era tutto ciò che gli astronomi e gli appassionati dello spazio avevano bisogno di sentire. Online, la storia ha preso fuoco.
“Su Twitter, era isterico”, dice Andrea Dupree, un astrofisico al Centro di Astrofisica dello Smithsonian di Harvard & a Cambridge, Mass. Ricorda di aver visto un tweet che suggeriva che l’esplosione sarebbe avvenuta quella notte, con l’hashtag #HIDE. “Dove mi nasconderò? Sotto la mia scrivania?” (Quando Betelgeuse finalmente esplode, probabilmente non farà male alla vita sulla Terra – è a una distanza di sicurezza.)
La maggior parte degli astronomi non credeva davvero che la fine di Betelgeuse fosse vicina, anche se si affrettavano a programmare il tempo del telescopio. Ma alcuni si sono fatti prendere dall’eccitazione.
“Non mi aspetto che esploda”, ricorda Guinan. “Ma non voglio chiudere gli occhi”. Si è iscritto agli avvisi telefonici dei telescopi che rilevano particelle invisibili chiamate neutrini e increspature nel tempo spaziale chiamate onde gravitazionali. Il rilevamento di una delle due potrebbe essere un segno precoce di una supernova. Si è trovato fuori all’1 di gennaio dopo una segnalazione di onde gravitazionali dalla direzione di Orione. “Era nuvoloso, ma ho pensato che avrei potuto vedere una schiarita”, dice. “Sono diventato pazzo per questo.”
Anche altri erano credenti, fino a quando i loro dati hanno messo in dubbio la nozione.
“Ho pensato che potesse,” dice l’astrofisico Thavisha Dharmawardena del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Germania. “Sapevamo che c’erano altre spiegazioni e che avremmo dovuto indagare. Ma sappiamo che Betelgeuse è una vecchia stella, vicina alla fine della sua vita. Era eccitante.”
Due campi
Una volta che la stella ha iniziato a tornare alla sua solita luminosità a metà febbraio, le voci di un’imminente supernova sono svanite. Un articolo pubblicato sull’Astrophysical Journal del 10 ottobre ha aumentato la fiducia nella longevità di Betelgeuse, suggerendo che la stella è solo all’inizio della sua vecchiaia e ha almeno 100.000 anni da vivere prima di esplodere. Ma cosa stava facendo, se non era sul punto di esplodere?
Con l’arrivo dei risultati dai telescopi di tutto il mondo e nello spazio, la maggior parte degli astronomi si è divisa in due campi. Uno dice che l’oscuramento di Betelgeuse è stato causato da una nuvola di polvere espulsa dalla stella stessa, che ha bloccato il suo bagliore. L’altro campo non è sicuro di quale sia la spiegazione, ma dice “no” all’ipotesi della polvere.
Se la teoria della polvere si rivela vera, potrebbe avere profonde implicazioni per le origini della chimica complessa, dei pianeti e persino della vita nell’universo. Le supergiganti rosse sono circondate da nubi diffuse di gas e polvere che sono piene di elementi che vengono forgiati solo nelle stelle – e queste nubi si formano prima che la stella esploda. Anche prima di morire, le supergiganti sembrano lasciare in eredità del materiale alla prossima generazione di stelle.
“Il carbonio e l’ossigeno nel nostro corpo vengono da lì – dalla supernova e dalle nubi intorno alle stelle morenti”, dice Montargès. Ma non è chiaro come questi elementi sfuggano alle stelle. “Non ne abbiamo idea”, dice.
Montargès sperava che studiare l’oscuramento di Betelgeuse avrebbe permesso agli scienziati di vedere quel processo in azione.
Nel dicembre 2019, lui e i colleghi hanno scattato un’immagine di Betelgeuse in luce visibile con lo strumento SPHERE sul Very Large Telescope in Cile. Quell’immagine ha mostrato che, sì, Betelgeuse era molto più fioca di quanto fosse stata 11 mesi prima – ma solo la metà inferiore della stella. Forse la colpa era di una nube di polvere asimmetrica.
Le osservazioni del 15 febbraio 2020 sembrano sostenere questa idea (SN: 4/11/20, p. 6). Levesque e Philip Massey del Lowell Observatory di Flagstaff, Ariz, hanno confrontato le osservazioni di febbraio con quelle simili del 2004. La temperatura della stella non era scesa così tanto come ci si aspetterebbe se l’oscuramento fosse dovuto a qualcosa di intrinseco alla stella, come i suoi cicli di convezione, la coppia ha riferito nel 10 marzo Astrophysical Journal Letters.
Questo ha lasciato la polvere come spiegazione ragionevole. “Sappiamo che Betelgeuse perde massa e produce polvere intorno a sé”, dice Levesque. “La polvere potrebbe essere venuta verso di noi, si è raffreddata e ha temporaneamente bloccato la luce.”
Nuvola scura
Un forte voto per la polvere è venuto da Dupree, che stava guardando Betelgeuse con il telescopio spaziale Hubble. Come Guinan, ha una relazione decennale con Betelgeuse. Nel 1996, lei e il collega Ronald Gilliland hanno guardato Betelgeuse con Hubble per fare la prima vera immagine di qualsiasi stella diversa dal sole. La maggior parte delle stelle sono troppo lontane e troppo deboli per apparire come qualcosa di diverso da un punto. Betelgeuse è una delle poche stelle la cui superficie può essere vista come un disco bidimensionale – un luogo reale.
Dalla fine del 2019, Dupree stava osservando Betelgeuse con Hubble più volte all’anno. Aveva messo insieme un team internazionale di ricercatori che chiama il MOB, per Mesi di Betelgeuse, per osservare la stella frequentemente in una varietà di lunghezze d’onda della luce.
L’obiettivo era lo stesso di Montargès: rispondere a domande fondamentali su come Betelgeuse, e forse altre supergiganti rosse, perdono materiale. Il MOB aveva osservazioni di base da prima dell’oscuramento e aveva già programmato il tempo di Hubble per tracciare i cicli di luminosità della stella.
Queste osservazioni hanno mostrato che a gennaio e marzo 2019, Betelgeuse sembrava “perfettamente normale”, dice Dupree. Ma da settembre a novembre, appena prima dell’evento di oscuramento, la stella ha emesso più luce ultravioletta – fino a quattro o cinque volte la sua solita luminosità UV – sul suo emisfero meridionale.
Anche la temperatura e la densità degli elettroni in quella regione sono salite. E il materiale sembrava muoversi verso l’esterno, lontano dalla stella e verso la Terra.
La teoria di Dupree e colleghi su ciò che è successo, riportata nell’Astrophysical Journal del 10 agosto, è che una delle bolle giganti di plasma caldo sempre in agitazione negli strati esterni della stella sia salita fino al bordo dell’atmosfera della stella e sia fuggita, inviando enormi quantità di materiale che scorre nello spazio interstellare. Questo potrebbe essere uno dei modi in cui le supergiganti rosse si liberano del materiale prima di esplodere.
Una volta fuggito dalla stella, quel materiale caldo si raffreddò, si condensò in polvere e galleggiò davanti a Betelgeuse per diversi mesi. Quando la polvere si è liberata, Betelgeuse è apparsa di nuovo più luminosa.
“Ci sembra che quello che abbiamo visto con l’ultravioletto sia una specie di pistola fumante”, dice Dupree. “Questo materiale si è spostato all’esterno, si è condensato e ha formato questa nube di polvere scura, scura.”
Paul Hertz, direttore della divisione di astrofisica della NASA, ha condiviso i risultati di Hubble in un incontro online della NASA il 10 settembre come se fosse la risposta definitiva. “Mistero risolto”, ha detto. “
Cicli e macchie
Forse no – ma questo non significa che la polvere spieghi l’oscuramento.
Nell’Astrophysical Journal Letters del 1 luglio, Dharmawardena e colleghi hanno pubblicato osservazioni di Betelgeuse che vanno contro la spiegazione della polvere. Il suo team ha usato il James Clerk Maxwell Telescope alle Hawaii in gennaio, febbraio e marzo per guardare Betelgeuse in lunghezze d’onda submillimetriche della luce. “Se pensiamo che sia una nube di polvere, il submillimetro è la lunghezza d’onda perfetta da guardare”, dice.
La polvere avrebbe dovuto far apparire Betelgeuse più luminosa in quelle lunghezze d’onda, poiché i grani galleggianti assorbivano e riemettevano la luce delle stelle. Ma non è stato così. Semmai, la stella si è leggermente affievolita. “Il nostro primo pensiero è stato che avevamo fatto qualcosa di sbagliato – tutti nella comunità si aspettavano che fosse polvere”, dice. Ma “il fatto che non aumentasse o rimanesse costante nel submillimetro era praticamente un indizio che non si trattava di polvere.”
Le osservazioni all’infrarosso con il telescopio aereo SOFIA avrebbero dovuto trovare anche la firma luminosa della polvere, se fosse esistita. “Non è mai apparsa”, dice Guinan. “Non credo che si tratti di polvere”
Invece, Guinan pensa che l’oscuramento possa aver fatto parte del ciclo di convezione naturale di Betelgeuse. L’atmosfera esterna della stella pulsa costantemente e “respira” dentro e fuori mentre enormi bolle di plasma caldo salgono in superficie e sprofondano di nuovo. “È guidato dal nucleo interno della stella”, dice. “Si hanno bolle calde che salgono, si raffreddano, diventano più dense e ricadono.”
Cicli multipli che si sincronizzano potrebbero spiegare perché l’oscuramento del 2019 è stato così estremo. Guinan e colleghi hanno analizzato circa 180 anni di osservazioni di Betelgeuse, risalenti alla scoperta dell’astronomo John Herschel del 1839 che la luminosità della stella varia. Il gruppo di Guinan ha scoperto che, oltre ai cicli di circa sei anni e 400 giorni, Betelgeuse potrebbe avere un terzo, più piccolo ciclo di circa 187 giorni. Sembra che tutti e tre i cicli potrebbero aver colpito i loro nadir di luminosità allo stesso tempo alla fine del 2019, dice Guinan.
O forse l’oscurità nell’emisfero meridionale che il team di Montargès ha visto con SPHERE era un’enorme macchia stellare, offre Dharmawardena. Nel caso del sole, quelle macchie scure, chiamate macchie solari, segnano i siti di attività magnetica sulla superficie. Betelgeuse è una delle poche stelle su cui sono state viste direttamente le macchie stellari.
Ma per causare l’oscuramento di Betelgeuse, una macchia stellare dovrebbe essere enorme. Le tipiche macchie stellari coprono circa il 20-30% della superficie di una stella, dice Dharmawardena. Questa dovrebbe coprire almeno la metà, forse fino al 70 per cento.
“Questo è raro”, ammette Dharmawardena. “Ma lo è anche questo tipo di oscuramento.”
Disturbi pandemici
Le analisi stanno ancora arrivando. Ma proprio quando Betelgeuse stava tornando alla sua normale luminosità, la pandemia di COVID-19 ha colpito.
“Speravamo di avere molti più dati”, dice Dharmawardena.
Alcune osservazioni sono arrivate proprio sotto il filo. Le osservazioni di SOFIA sono state fatte in uno degli ultimi voli prima che la pandemia mettesse a terra l’aereo che trasporta il telescopio. E Montargès ha dato un’altra occhiata con SPHERE pochi giorni prima che il suo osservatorio si spegnesse a metà marzo.
Ma uno dei risultati più sperati di Montargès potrebbe non arrivare mai. Desideroso di risolvere il mistero della polvere contro la non-polvere, il suo piano era quello di combinare due tipi di osservazioni: fare una foto 2-D dell’intero disco della stella, come Dupree ha fatto con Hubble negli anni ’90, ma in lunghezze d’onda più lunghe come l’infrarosso o il submillimetro, come le immagini di Dharmawardena dall’inizio del 2020. In questo modo, si potrebbe differenziare la polvere dalla stella, ha ragionato.
Solo un osservatorio può fare entrambe le cose contemporaneamente: l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, o ALMA, in Cile. Montargès aveva pianificato di chiedere di osservare Betelgeuse con ALMA in giugno e luglio, quando i cieli invernali nell’emisfero meridionale sono più liberi da turbolenze. Ma ALMA ha chiuso a marzo ed era ancora chiuso a settembre.
“Quando ho capito che ALMA non avrà il tempo a giugno, ho pensato… non riusciremo mai a risolverlo”, dice. “Potremmo non essere mai completamente certi, a causa di COVID.”
Un’altra stella
Montargès e i suoi colleghi hanno presentato la loro analisi delle immagini SPHERE di marzo per la pubblicazione. Anche se non è ancora disposto a condividere i risultati, pensa che potrebbero unire i due campi.
In definitiva, se Betelgeuse ha sputato fuori una nuvola di polvere l’anno scorso, potrebbe insegnarci l’origine della vita nell’universo, dice Montargès. Se il campo delle polveri ha anche solo parzialmente ragione, l’oscuramento di Betelgeuse potrebbe essere stata la prima volta che gli esseri umani hanno visto i semi della vita essere lanciati nel cosmo.
Nel frattempo, è sollevato di vedere la sua stella preferita brillare di nuovo. “Devo ammettere che da dicembre, da quando è iniziata tutta questa storia, ogni volta che la vedo, sono come, uff, è ancora lì”, dice.
La gente continua a chiedergli se vorrebbe che Betelgeuse diventasse una supernova per poterla studiare. “Mi piacerebbe che un’altra stella diventasse una supernova”, dice. “Antares, non mi interessa; può esplodere in qualsiasi momento. Ma non Betelgeuse.”