Nuove variazioni luminosità di Betelgeuse

La stella rossa di Betelgeuse è una delle più luminose del nostro cielo.

Immagine di Betelgeuse ripresa da ALMA  (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). 

Betelgeuse, la stella supergigante sita nella costellazione di Orione, aveva mostrato nel 2019 una riduzione di luminosità apparente che aveva fatto pensare all'imminenza della fine della sua (breve, come per tutte le stelle massicce) vita. 

Di questo fenomeno e della successiva attribuzione ad un offuscamento causato da un'enorme espulsione di materia stellare, ne scrissi a suo tempo, tema poi ripreso in un aggiornamento del 2022, articoli a cui rimando.

Per avere una idea delle sue dimensioni ecco un grafico preso dal sito ESO in cui si confronta Betelgeuse con il sistema solare.

image credit: eso.org

Ad aprile 2023 la sua luminosità era tornata al suo valore standard, per poi aumentare negli ultimi mesi a quasi il doppio. Una variabilità che fa parte del suo essere definita una stella variabile semiregolare pulsante, vale a dire con una certa periodicità nei suoi cambiamenti di luminosità, benché con ampiezze non costanti

Le variazioni di luminosità rilevate nell'ultimo secolo
Image credit:  Joyce et al. 2020 via bfcspace.com

Betelgeuse ha mostrato che la sua luminosità varia con un ciclo di 400 giorni, ma i suoi recenti cambiamenti di luminosità sono stati anormali e questo ha rinforzato l'idea che potrebbe diventare una supernova in prossimo futuro.

Per essere precisi, è certo che Betelgeuse darà luogo ad una supernova (per le sue caratteristiche di massa), il problema è quanto presto. Se fosse giunta nel suo stadio finale (vedi sotto) l'evento potrebbe avvenire in un intervallo (molto piccolo su scala stellare) di "un qualunque momento nelle prossime migliaia di anni"

Un recente articolo prodotto da un gruppo di ricerca dell'università giapponese di Tohoku ha rinforzato l'idea che Betelgeuse sia entrata nelle fasi finali, stato caratterizzato dal raggiungimento nella fornace stellare di eventi di fusione nucleare che coinvolgono il carbonio (possibile solo in stelle con massa iniziale di almeno 8 masse solari). Una volta raggiunte le condizioni per il verificarsi della fusione del carbonio si passa velocemente (in termini stellari) si ha la produzione di neon, sodio e magnesio. Segue l'utilizzo, come carburante nucleare, di neon, ossigeno e infine silicio, l'ultima fase che permette un rilascio netto di energia. Una volta formatosi un nucleo di ferro-nichel qualunque reazione di fusione sarà di tipo endotermico, per cui non potendo più essere liberata energia la stella verrà privata della pressione idrostatica e collasserà su se stessa (l'evento finale dipenderà dalla sua massa residua).

Per avere una idea dei tempi sempre più veloci che caratterizzano le ultime fasi della vita di una stella gigante vi rimando a questa figura.

 

Con il crearsi delle condizioni (e il consumo del carburante più leggero spostato sempre più all'esterno) le stelle massicce riescono ad arrivare all'ultima fase energicamente sostenibile, quella che coinvolge il silicio.

Quindi per stimare l'intervallo di tempo in cui attendersi l'esplosione di Betelgeuse è necessario capire in che fase del ciclo stellare si trova, o meglio se ha raggiunto condizioni di temperatura e pressione interne da attivare le reazioni di fusione degli elementi più pesanti. In modo semplicistico se la stella ha finito l’elio ha una aspettativa di vita di un migliaio di anni mentre se si trova nella fase di fusione del carbonio la vita rimanente si conta in centinaia di anni (qui un articolo - in PDF - specialistico sull'argomento).

Su questa stima le ipotesi divergono. Mentre lo studio del gruppo giapponese (vedi sotto) propende per una Betelgeuse moribonda, un gruppo di ricercatori ungheresi sostiene che la stella si trovi ancora nella prima fase  di combustione dell'elio stimando così la data della supernova entro i prossimi 100 mila anni. Evento che in ogni caso vedremo solo parecchie centinaia di anni dopo che è avvenuto dato che la distanza (stimata) è di circa 700 anni luce.

Il valore impreciso della distanza nasce dalla sua luminosità variabile che rende la misurazione, basata sul parallasse, alquanto complicato. A questo si aggiunga il problema che le stelle più luminose saturano i sensori. Una stima la pone a circa ∼200 parsec (1 psc corrisponde a 3,26 anni luce)

Lo studio giapponese stima che Betelgeuse abbia 8,5 milioni di anni e al momento della sua formazione avesse 19 masse solari, 8 delle quali siano oramai state perse (“usate o eiettate”). 

La stima della massa iniziale non è pura accademia ma determina il destino stesso della stella; tanto più massiccia era alla nascita e tanto più rapido sarà il suo ciclo vitale.

Altra variabile difficile da valutare ma essenziale per stimare l'età della stella è che in origine Betelgeuse potesse essere parte di un sistema binario (gran parte delle stelle è tale, con il sole rara eccezione) per cui la stella potrebbe essere diventata massiccia solo in seguito alla fusione delle due stelle originarie (ne ho scritto in un precedente articolo)

Siamo ad una distanza di sicurezza? Tutte le stime concordano in tal senso sia per la distanza che per la presenza dello scudo fornito dalla nostra magnetosfera.

Fonte

- The evolutionary stage of Betelgeuse inferred from its pulsation periods

Hideyuki Saio et al, (2023) arXiv