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Un satellite meteorologico ha aiutato a spiegare perché la stella supergigante rossa Betelgeuse ha subito un oscuramento senza precedenti nel 2019-2020.
Le sue scoperte corroborano studi precedenti che concludevano che l'oscuramento era la conseguenza di un punto a temperatura più bassa sulla stella, che riduceva il calore che andava a una nuvola di gas vicina. Questo, secondo gli astronomi, ha permesso alla nuvola di raffreddarsi e condensarsi in polvere che ha bloccato parte della luce di Betelgeuse.
Essendo una stella variabile, la vicina Betelgeuse normalmente fluttua in luminosità, ma nell’ottobre 2019 ha iniziato a diventare più debole di quanto non fosse mai stata vista prima. Ciò ha portato alla speculazione che potrebbe esplodere in una supernova. Entro la fine di febbraio 2020, tuttavia, Betelgeuse era tornata al suo normale intervallo di luminosità, lasciando gli astronomi a grattarsi la testa su cosa avesse causato l’estremo calo di luminosità.
Teorie rivali
Sono emerse due teorie rivali per la riduzione della luce. Uno riguarda lo sviluppo di una grande cellula convettiva nella stella che era più fredda (e più debole) rispetto al resto della superficie di Betelgeuse. L'altra teoria prevede l'oscuramento parziale della stella da parte di una nuvola di polvere. Tuttavia, nessuna delle due teorie da sola potrebbe spiegare l'oscuramento della stella.
Poi, nel 2021, una squadra guidata da Miguel Montarges dell'Osservatorio di Parigi in Francia ha proposto, sulla base di osservazioni con il SFERA (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) presso il Very Large Telescope in Cile, che l'attenuazione comporta sia una cella convettiva che una polvere oscurante.
Ora, un gruppo di astronomi e meteorologi, guidato da Actarus Taniguchi dell’Università di Tokyo, ha trovato prove a sostegno di questa duplice spiegazione – tutto grazie alle osservazioni casuali di un satellite meteorologico giapponese, Himawara-8.
Sfondo stellare
Il satellite è stato lanciato nel 2014 e si trova in orbita geostazionaria a 35,786 km sopra il Pacifico occidentale. Scatta immagini della Terra intera a una moltitudine di lunghezze d'onda dell'infrarosso e le stelle, inclusa Betelgeuse, sono visibili sullo sfondo.
“Onestamente, questo progetto è partito da Twitter” spiega Taniguchi, ricordando di aver visto un tweet che descriveva come la Luna sia visibile sullo sfondo delle immagini scattate da Himawari-8. Lui e i suoi collaboratori si sono poi resi conto che Himawari-8 aveva anche una visione costante di Betelgeuse per quattro anni fino al 2017.
Le osservazioni giornaliere di Betelgeuse da parte di Himawari-8 erano un vantaggio rispetto a qualsiasi altro telescopio, che poteva monitorare Betelgeuse solo per una parte del tempo. Himawari-8 potrebbe osservare la stella anche durante l'estate, quando la stella è troppo vicina al Sole per effettuare osservazioni alla lunghezza d'onda visibile. Il satellite ha rivelato che la stella stessa si è raffreddata di 140°C. Ciò è stato sufficiente per ridurre il riscaldamento irradiativo verso una vicina nube di gas caldo, provocando il raffreddamento della nube e la condensazione in polvere oscurante rilevabile alle lunghezze d’onda del medio infrarosso. Il team di Taniguchi calcola che sia il raffreddamento della stella che la formazione della nube di polvere hanno contribuito quasi equamente a quello che gli astronomi chiamano il “Grande Oscuramento”.
“Bellissimo risultato”
"È davvero un bel risultato", afferma Montargès, che non è stato coinvolto in questa ultima ricerca. “Il metodo che usano è molto originale.”
Le osservazioni di Himawari-8 suggeriscono anche che qualcosa stava accadendo alla struttura atmosferica di Betelgeuse 10 mesi prima dell'oscuramento. Le molecole d'acqua sulla stella che normalmente avrebbero creato linee di assorbimento nello spettro della stella sono cambiate improvvisamente per formare invece linee di emissione, indicando che qualcosa le aveva energizzate.
Sebbene non ci siano prove certe di ciò che è accaduto, Taniguchi ipotizza che "una pulsazione irregolare potrebbe aver portato al calo della temperatura sulla superficie della stella e al verificarsi di un'onda d'urto che potrebbe espellere una nuvola di gas dalla stella". Questa onda d'urto potrebbe essere passata attraverso la nuvola, provocando la transizione osservata dall'assorbimento all'emissione di linee spettrali notevoli.
Montargès concorda sul fatto che questa sembra essere un'idea ragionevole. In effetti, sostiene che le celle di convezione che ribollono sulla superficie della stella, chiamate fotosfera, sono l'unica spiegazione plausibile.
Attività fotosferica
"La nuvola di gas può provenire solo dalla fotosfera e l'unica attività fotosferica che rileviamo proviene dalla convezione, il potente movimento del gas", afferma.
È troppo presto per dire se questo è un comportamento normale per una stella supergigante rossa come Betelgeuse. Montargès allude a un altro possibile evento di oscuramento negli anni '1940, ma per il resto in oltre due secoli di monitoraggio di Betelgeuse e altre supergiganti rosse, non è stato visto nulla di simile al Grande Oscuramento. Può darsi che tali eventi siano accaduti su altre supergiganti rosse, solo per noi che li abbiamo persi a causa della loro durata relativamente breve.
Nuove prove supportano la teoria del punto oscuro per "Great Dimming" di Betelgeuse
"Prima di concludere che si tratta di un comportamento comune per questa classe di stelle, dobbiamo osservarlo altrove", afferma Montargès.
Nel frattempo, Taniguchi e colleghi stanno facendo pieno uso di Himawari-8 per monitorare altre stelle. Hanno avviato nuovi progetti per creare un catalogo della variabilità delle stelle invecchiate nella luce infrarossa, nonché per cercare nuove classi di oggetti variabili alle lunghezze d'onda infrarosse.
"Tutti questi progetti utilizzano lo stesso satellite, Himawari-8", afferma Taniguchi. "Spero che anche altri scienziati inizino i propri progetti utilizzando Himawari-8 o altri satelliti meteorologici".
La ricerca è descritta in Astronomia naturale.
