Manchas gigantes na estrela Betelgeuse podem explicar as quedas esquisitas de seu brilho

Betelgeuse, uma estrela gigantesca que já está na fase final de sua vida, tem agido de forma estranha ultimamente, exibindo quedas dramáticas em seu brilho. Novas pesquisas atribuem essas enormes manchas estelares à aparência escamosa do Betelgeuse, embora em uma escala nunca vista antes.

A nova pesquisa que deve ser publicada no Astrophysical Journal Letters (a pré-impressão está disponível aqui) conecta as dramáticas quedas de luminosidade em Betelgeuse a manchas gigantescas dentro de sua fotosfera, a porção da superfície de uma estrela que brilha intensamente.

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Estas manchas mais foscas em Betelgeuse lembram manchas solares, mas cobrem até 50% a 70% da superfície da estrela. A nova pesquisa foi liderada pela astrônoma Thavisha Dharmawardena, do Instituto Max Planck de Astronomia.

Betelgeuse é uma estrela supergiante vermelha localizada a cerca de 650 anos-luz da Terra. Situada na constelação de Orion, é facilmente visível a olho nu. Trata-se de uma estrela de grande porte, com a massa de 11 Sóis e um diâmetro de cerca de 1.700 Sóis alinhados em fila). Se você colocasse Betelgeuse no centro de nosso sistema solar, ela se estenderia até a órbita de Júpiter.

Betelgeuse está no final de sua vida e pode explodir gerando uma supernova a qualquer momento. Ela é classificada como uma estrela variável semi-regular porque sua luminosidade flutua com o tempo, o que não é incomum para os gigantes vermelhos.

“No final de suas vidas, as estrelas se tornam gigantes vermelhas”, disse Dharmawardena em um comunicado à imprensa. “À medida que seu abastecimento de combustível se esgota, os processos mudam, e as estrelas liberam energia. Como resultado, elas incham, tornam-se instáveis e pulsam com períodos de centenas ou até milhares de dias, o que vemos como uma flutuação no brilho.”

O que é incomum, no entanto, é o grau em que essas flutuações de luminosidade são vistos em Betelgeuse. Recentemente, de outubro de 2019 a abril de 2020, os cientistas observaram uma queda de até 40% na luminosidade normal da estrela.

Supergigantes vermelhas lançam com facilidade suas camadas gasosas externas no espaço devido a sua imensa área de superfície e densidade relativamente baixa. Esse material se transforma em pó após resfriar. Este processo levou o astrônomo Daniel Cotton, da Universidade Nacional Australiana, a concluir que quantidades copiosas de poeira nas proximidades de Betelgeuse podem ser responsáveis por estas estranhas quedas de luminosidade, como explicaram em um trabalho recente.

O artigo de Dharmawardena desafia esta teoria usando dados coletados pela Experiência Pathfinder do Atacama (APEX) e pelo telescópio James Clerk Maxwell (JCMT), que mede a radiação em comprimentos de onda sub-milímetros.

“O que nos surpreendeu foi que a Betelgeuse ficou 20% mais escura mesmo na faixa de ondas de sub-milímetros”, explicou Steve Mairs, co-autor do estudo e pesquisador do Observatório do Leste Asiático.

Com base em observações anteriores, os pesquisadores concluíram que este comportamento não é consistente com a presença de poeira. Cálculos subsequentes dentro desta faixa espectral afirmaram estas suspeitas – que as quedas de luminosidade dentro da faixa de ondas sub-milimétricas não podem ser contabilizadas pela presença de poeira. Em vez disso, algo deve estar acontecendo dentro da própria estrela, de acordo com a nova pesquisa.

Usando uma abordagem mais básica, os astrônomos reconheceram que o brilho de uma estrela depende de seu diâmetro e temperatura superficial. Assim, o escurecimento observado à luz visível e dentro dos comprimentos de onda sub-milímetros deve causar uma redução na temperatura média da superfície da Betelgeuse.

Imagens de alta resolução de Betelgeuse mostram a distribuição do brilho na luz visível em sua superfície antes e durante seu escurecimento. Devido à assimetria, os autores atribuíram o escurecimento a enormes manchas estelares. Imagem: ESO/M. Montargès et al.

“Entretanto, é mais provável uma distribuição assimétrica de temperatura”, explicou o co-autor do estudo Peter Scicluna do Observatório Europeu do Sul (ESO). “Imagens correspondentes de alta resolução de Betelgeuse de dezembro de 2019 mostram áreas de luminosidade variável.”

Em conjunto, estes dados apontam para a presença de enormes manchas estelares cobrindo mais de 50% a 70% da superfície visível em Betelgeuse, a temperaturas mais baixas do que a fotosfera altamente luminosa.

Emily Levesque, professora de astronomia na Universidade de Washington e autora do livro popular de ciência The Last Stargazers, ficou feliz em ver dados sobre Betelgeuse deste novo estudo.

“As observações destes pesquisadores mostram que a Betelgeuse tem sido variável nestes longos comprimentos de onda por um tempo, então compreender como isto se conecta com a opacidade visivelmente dramática que vimos no inverno passado é definitivamente uma peça importante do quebra-cabeça”, disse Levesque, que não estava envolvida na nova pesquisa, ao Gizmodo.

“Este resultado é extremamente interessante, pois fornece evidências que contradizem as suposições anteriores, afirmando que o escurecimento histórico da Betelgeuse poderia ser causado pela poeira. Parece que estamos diante de observações conflitantes entre Dharmawardena e Cotton”, escreveu Miguel Montargès do Instituto de Astronomia de Ku Leuven em um e-mail para o Gizmodo. “Isto é muito animador: parece que quanto mais temos dados sobre a Betelgeuse, mais complexa ela fica.”

Montargès, que não estava envolvido com a nova pesquisa, identificou um problema, no entanto, dizendo que temos observado a Betelgeuse a partir de diferentes comprimentos de onda, com diferentes resoluções angulares e com observações de referência tomadas em datas diferentes.

“Compreender este escurecimento – que parecia um simples evento – pode nos fazer pensar por um tempo”, explicou Montargès. “Existem muitas coisas que não sabemos sobre estrelas vermelhas supergigantes e progenitores de supernovas.”

Levesque disse que é importante lembrar que a Betelgeuse é apenas uma supergigante vermelha, e tivemos a sorte de estudá-la em detalhes devido à sua luminosidade e proximidade.

“Ainda não sabemos muito sobre como a maioria dos supergigantes vermelhas variam com o tempo nesse espectro de sub-milímetros, ou mesmo o quão comuns são essas diminuições repentinas na luz visível”, disse ela. “Queremos ficar de olho na Betelgeuse em tantos comprimentos de onda quanto possível, e estudar mais estrelas como ela, a fim de explicar completamente a física destas estrelas gigantes que estão morrendo.”

De fato, a presença de manchas em Betelgeuse ainda precisa ser confirmada por linhas complementares de evidência, mas se for verdade, elas representariam uma classe inteiramente nova de fenômenos estelares. Pesquisas futuras devem investigar a duração dessas manchas estelares, determinar as causas potenciais e identificar possíveis ciclos. Nosso Sol, por exemplo, exibe manchas solares em ciclos de 11 anos. O novo estudo apresenta um resultado intrigante, mas que requer dados mais convincentes.