Che cosa sta succedendo a Betelgeuse?

Un nuovo studio indica che la sua fine esplosiva potrebbe essere più vicina

Rappresentazione artistica di Betelgeuse (CC0).

Da qualche anno la stella supergigante rossa Betelgeuse è al centro della cronaca scientifica. Sin da quello che ormai è noto come Grande Oscuramento (Great Dimming), verso la fine del 2019, sono proliferate speculazioni sulla sua imminente esplosione come supernova. Ogni volta che accade qualcosa d’insolito alla stella, le speculazioni ricominciano.

Sin dall’evento del 2019, con un minimo in luminosità molto marcato, la stella ha recuperato progressivamente la luminosità persa sino a raggiungere, quasi in contrapposizione, una luminosità del 50% superiore a quella media nell’aprile 2023. Che cosa sta succedendo? È difficile dirlo poiché gli astrofisici, notoriamente, non si sbilanciano molto con queste previsioni. Tuttavia alcuni ci provano.  Secondo uno studio, sottoposto a MNRAS e postato sulla piattaforma arXiv, un gruppo internazionale guidato da Hideyuki Saio (Astronomical Institute, Graduate School of Science, dell’Università di Tohoku in Giappone) l’esplosione della stella potrebbe essere davvero prossima. Non più millenni ma alcuni decenni!

Betelgeuse è una stella di dimensioni titaniche. La sua turbolenta fotosfera si estende quasi quanto l’orbita di Giove. (ESO/L. Calçada)

In testa alla lista delle supergiganti vicine

Betelgeuse esploderà certamente come supernova ed è, con Antares, nella lista delle candidate più vicine alla Terra. La sua distanza è abbastanza rassicurante e non provocherebbe alcun danno all’ecosistema terrestre. Nel cielo vedremmo un astro luminosissimo per alcuni anni e, anche nei decenni e secoli seguenti, gli astronomi studierebbero l’evoluzione del suo resto. Sarebbe la prima supernova prodotta da una stella di prima grandezza vista esplodere dall’umanità.

Di Betelgeuse sappiamo con certezza alcune cose mentre per altre la conoscenza e lacunosa. Bastano queste incertezze, anche del 40%, per non ammettere una previsione certa sulla sua fine. Alcuni parametri fondamentali sono semplicemente stimati, come ad esempio la massa. Anche il comportamento della stella crea qualche perplessità, prima tra tutti la sua variabilità. Gli studi hanno da qualche tempo rivelato una varietà di modi di pulsazione. Di particolare valore sono le registrazioni di fotometria ottica raccolte da dilettanti e professionisti per quasi 100 anni e archiviati dall’American Association of Variable Star Observers (AAVSO).

Registrazioni della variabilità di Betelgeuse. (Tratto da Joyce et al. 2020, ApJ.)

Una variabile semiregolare

Betelgeuse è una variabile semiregolare pulsante, vale a dire con una certa periodicità nei suoi cambiamenti di luminosità, benché con ampiezze non costanti. Mettendo insieme le stime di luminosità, sono riconoscibili cicli di pulsazioni di circa 400 giorni con fluttuazioni di 125 e 230. Su periodi più lunghi sono stati inoltre identificati cicli di circa 2200 e 5000 giorni.  Talvolta questi cicli si sovrappongono rendendo l’interpretazione molto difficile.  Ci sarebbero altre questioni aperte, non meno intriganti, che qui tralasciamo per brevità.

L’evento che scatenò le congetture sul suo imminente collasso, come accennato, fu il profondo minimo a cavallo tra il 2019 e 2020. Fu certamente un fenomeno notevole ma la stella aveva conosciuto cali altrettanto importanti nei decenni passati, però quest’ultimo fu significativamente rimarchevole, con perdita di oltre una magnitudine. Che cosa stava accadendo alla stella? Se lo domandarono astronomi e anche persone comuni.

L’ambiente intorno a Betelgeuse in immagini prese nell’infrarosso lontano dal telescopio spaziale Herschel . Sono visibili le strutture a gusci. (Tratto da Decin et al. 2012, A&A.)

Il Grande Oscuramento

Le osservazioni dimostrarono che non era un calo intrinseco della stella ma piuttosto una nube opaca di polveri che ne oscurava la luce. Un accidentale allineamento con una delle nubi di polveri rilasciate dalla stella durante la sua continua perdita di massa era una spiegazione plausibile. Intorno alla stella è infatti presente un complesso sistema di strutture a gusci rilevabili in infrarosso, forse in lenta rotazione. Tuttavia le osservazioni mostrarono come quella specifica nube, occultasse parte della stella ed era stata espulsa da Betelgeuse, come documentato da HST, nel corso di un’eruzione UV il 6 ottobre 2019.

Spettacolari immagini interferometriche di Betelgeuse, risolta spazialmente con lo strumento SPHERE sul VLT a dicembre 2019 e gennaio 2020, mostrarono che la metà meridionale della stella era diventata notevolmente più scura, indicando un cambiamento importante nella fotosfera o vicino a essa. Il Great Dimming fu chiaramente un fenomeno complesso e la sua occorrenza con il periodo di pulsazione di circa 400 giorni non sembrò essere stata una pura coincidenza.

Immagini del disco di Betelgeuse durante il grande oscuramento. (ESO/SPHERE)

Non è emotivamente chiaro perché un folto pubblico spera nell’esplosione, ma la notizia rassicurò l’altrettanto numerosa parte che invece nutre un’affezione verso una delle gemme invernali che disegnano Orione. La ripresa luminosa sembrò chiudere definitivamente la storia, però la luminosità di Betelgeuse è progressivamente cresciuta nei tre anni dopo il Grande Oscuramento con rinnovata attenzione sul suo comportamento.

Quanto è normale la crescita di luminosità? Betelgeuse è una supergigante giovane o vecchia? Il fenomeno che ha prodotto la nube del 2019 quanto è correlato al suo stadio evolutivo? Le sue pulsazioni quasi periodiche ci possono dire qualcosa e dipanare qualche dubbio? Queste sono solo alcune delle questioni aperte riguardanti Betelgeuse.

Distanza incerta anche con Gaia

Anche il satellite astrometrico Gaia non può essere preciso sulla sua distanza perché le stelle più luminose saturano i sensori. Tale distanza si aggira sui ∼200 parsec, tanto che l’enorme disco può essere risolto spazialmente con strumentazione appropriata, ma le incertezze sulla distanza sono di ostacolo per determinare altri importanti parametri.

Gran parte degli esperti sostiene che la stella impiegherà non meno di 100mila anni prima di collassare. Anzi, una recente analisi critica di fonti storiche sembra addirittura indicare che la stella abbia cambiato colore da meno di 20 secoli, facendone la più giovane supergigante rossa. Questa ipotesi è in forte conflitto con la sua attuale variabilità. Con molta franchezza, su questo fronte si brancola nel buio e c’è grande disaccordo. E se invece Betelgeuse fosse davvero ai suoi ultimi anni di vita?

È quello che lascia intendere, quasi come un colpo di scena finale, lo studio di Saio e colleghi. Il paper, come nella migliore tradizione, non concede molto al sensazionale nel titolo: “Lo stadio evolutivo di Betelgeuse dedotto dai suoi periodi di pulsazione”. È un lavoro molto tecnico rivolto a un pubblico di specialisti in cui gli autori valutano i possibili scenari partendo dalle condizioni iniziali e attuali della stella. I dati di pulsazione sono quindi sottoposti al confronto con i modelli per cercare la somiglianza migliore.

Invecchiamento precoce

Secondo lo studio, Betelgeuse si formò circa 8,5 milioni di anni con 19 masse solari iniziali. Stelle tanto massicce evolvono velocemente, consumando voracemente il combustibile nucleare ma sono anche soggette a una continua perdita di massa, soffiando via l’atmosfera. I modelli indicano come Betelgeuse abbia perso circa 8 masse solari, quindi adesso si attesterebbe intorno a 11-12. Questo dato si presta a vari scenari con una forchetta temporale piuttosto ampia circa la futura esplosione.

Essendo una supergigante rossa, ha già terminato la fusione dell’idrogeno in elio nel nucleo ed è in corso quella del carbonio. In particolare, Betelgeuse a che punto è di tale fusione? La combustione del carbonio presenta varie fasi e non è facile rispondere con certezza. La difficoltà nello stabilire l’epoca dell’esplosione dipende esattamente da tali fasi.

“Concludiamo che Betelgeuse è nella fase avanzata della combustione del carbonio del nucleo e un buon candidato per la prossima supernova galattica”, scrivono gli autori. Non è un’affermazione vaga poiché tale fase finale non dura millenni ma parliamo al più di secoli. In altre parole, con ogni cautela, alla stella rimarrebbe poco tempo, se gli autori avessero ragione. Quanto poco dipende dalla stima sulla massa iniziale.

Questione di massa iniziale

La principale incognita è nel valore esatto di massa iniziale e distanza, luminosità e altre caratteristiche. La massa iniziale al momento della formazione (ZAMS) è una proprietà fondamentale che determina l’evoluzione di una stella. Nel caso di Betelgeuse, l’incertezza della distanza e di altri fattori produce un’incertezza intrinseca con stime che variano da 10 a 25 masse solari. In prevalenza gli esperti concordano su circa 20 masse solari, destinando Betelgeuse a soccombere al collasso del nucleo di ferro con esplosione catastrofica. Il collasso diretto in un buco nero è una possibilità ritenuta remota. Tra le varie, la gravità superficiale non è nota con precisione, il che porta altra incertezza sulla massa attuale. La determinazione della velocità di rotazione equatoriale è fondamentale poiché alcune stime attuali indicano che Betelgeuse ruota in modo anomalo e rapido, vicino alla rottura rotazionale, una proprietà che non può essere spiegata dai modelli evolutivi.

Secondo alcuni modelli, Betelgeuse puo essere nata in un sistema binario ed aver inglobata la compagna. (Tratto da Chatzopoulos et al. 2020)

Nata in un sistema binario?

È probabile che Betelgeuse sia nata in un sistema binario e l’elevata velocità spaziale e la rotazione apparente possono essere correlate a tale origine in un sistema multiplo con passate fusioni. Un’ipotesi è che la stella abbia inglobato una compagna, sperimentando per un certo periodo un involucro comune. Questa interazione è complessa e non sufficientemente ben compresa. Tali modelli di fusione sono stati invocati per tenere conto della velocità anomala di rotazione.

Benché lo studio combini osservazioni a modelli con varie possibilità di adattamento, il destino della stella è fortemente legato all’esatta conoscenza di essi. Ovviamente, non tutti sono d’accordo con questo scenario, ma se così fosse alla stella resterebbe meno tempo di quanto creduto.

La futura supernova

Durante il collasso del nucleo di ferro, saranno prodotti 1053 erg di neutrini che emergeranno dall’involucro circa un’ora dopo, riversandosi nello spazio. Sulla Terra i rivelatori registrerebbero una netta impennata dei conteggi senza provocare alcuna conseguenza. Due settimane dopo la supernova raggiungerà la massima luminosità, pari a un miliardo di volte quella solare. Dalla Terra apparirà luminosa quanto un quarto lunare e rimarrà tale per circa tre mesi. È probabile che l’esplosione di Betelgeuse produrrà come resto una stella di neutroni e una nebulosa in espansione simile alla Crab Nebula, visibile per millenni. L’onda d’urto della supernova raggiungerà la Terra più di 100mila anni dopo. La magnetosfera solare dovrebbe facilmente deviarla ma potrebbe aumentare il flusso di raggi cosmici.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 353 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa allo studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.