A superfície fervente de Betelgeuse confunde até mesmo os telescópios mais poderosos

Betelgeuse, a famosa supergigante vermelha na constelação de Orion, recentemente chamou a atenção por estranhas flutuações em seu brilho. Os astrônomos sugeriram que isso pode indicar não apenas uma explosão iminente, mas também uma taxa de rotação excepcionalmente alta para seu tamanho. No entanto, um novo estudo sugere que essa velocidade é uma ilusão de ótica causada por movimentos convectivos violentos em sua superfície que são indetectáveis mesmo com os telescópios mais avançados.

Betelgeuse tem um diâmetro de mais de um bilhão de quilômetros (1.000 vezes o tamanho do Sol) e é uma das maiores estrelas conhecidas até hoje. Se estivesse no lugar do Sol, engoliria a Terra, e sua atmosfera se estenderia até a órbita de Júpiter. Teoricamente, a taxa de rotação das estrelas deve diminuir à medida que evoluem e crescem. Isso ocorre porque suas camadas externas geralmente se expandem em uma a duas ordens de magnitude e diminuem devido à conservação do momento angular.

Estima-se que a velocidade de rotação da superfície deve ser inferior a 1 km/s para as gigantes vermelhas e inferior a 0,1 km/s para as supergigantes vermelhas. No entanto, observações recentes mostraram que várias centenas de gigantes vermelhas (cerca de 1% da população total) excedem o limite teórico de velocidade. Quanto às supergigantes vermelhas, até agora sabe-se que apenas Betelgeuse registra velocidades de até 5 km/s, o que é mais de duas ordens de magnitude acima do limite teórico.

Velocidade de rotação excepcionalmente alta?

Os dados mais precisos para medir a taxa de rotação de Betelgeuse vêm da poderosa rede de telescópios Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Como uma das supergigantes vermelhas mais próximas da Terra, Betelgeuse tem sido um objeto favorito para estudos interferométricos (medições baseadas na interferência das ondas) por mais de um século.

Usando esta técnica, os pesquisadores detectaram a velocidade radial dipolar na camada externa de Betelgeuse. Enquanto metade do hemisfério visível da estrela mostra um desvio para o azul, a outra metade mostra um desvio para o vermelho de vários quilômetros por segundo. Do ponto de vista do observador, esse fenômeno significa que a primeira metade da estrela está se movendo em nossa direção, enquanto a segunda metade está se afastando.

Concluiu-se que esta velocidade dipolar é devida à rápida rotação da estrela. As observações do Hubble parecem ser consistentes com essa hipótese. No entanto, esta interpretação só é válida para estrelas relativamente estáveis, que podem manter uma morfologia quase esférica. No entanto, Betelgeuse está longe de ser estável ou homogêneo, especialmente no estágio de supergigante vermelha.

A superfície de Betelgeuse é caracterizada por violentos processos de convecção. Embora o mesmo fenômeno possa ser observado na superfície do Sol, as "bolhas de convecção" de Betelgeuse são tão volumosas que se estendem a uma distância equivalente à distância entre a Terra e o Sol. Eles se expandem e resfriam a velocidades de até 30 km/s, o que é muito mais rápido do que qualquer espaçonave tripulada já construída.

Em seu novo estudo, publicado no The Astrophysical Journal Letters, de Mink e sua equipe propõem uma explicação alternativa para a aparente taxa de rotação de Betelgeuse. Eles sugerem que os fortes movimentos de convecção em sua superfície podem ser confundidos com sua rotação devido à resolução limitada do telescópio ALMA. Em outras palavras, esses movimentos convectivos serão borrados em observações do mundo real, resultando em um mapa de velocidade dipolar.

Um fenômeno não detectável por telescópios

A equipa de De Minck desenvolveu um novo kit de processamento de dados para criar modelos tridimensionais baseados nos dados do ALMA. Eles criaram modelos de supergigantes vermelhas que são semelhantes a Betelgeuse (ou seja, com poderosos movimentos convectivos) e não têm rotação.

Uma comparação direta de simulações computacionais de uma supergigante vermelha não rotativa com observações do ALMA de Betelgeuse. A linha superior mostra mapas de calor e a linha inferior mostra mapas de velocidade radial. A coluna da esquerda mostra uma estrela modelada em resolução máxima; Na coluna do meio, há observações modeladas em resolução reduzida. A coluna da direita mostra as observações reais do ALMA.

As simulações mostraram que enormes células convectivas surgem alternadamente de um lado da estrela, enquanto outras células colapsam do lado oposto, mais como esferas gigantes em ebulição. No entanto, o telescópio foi incapaz de identificar esses movimentos como fenômenos convectivos, interpretando-os como movimentos rotacionais. Em 90% dos casos, as estrelas giraram a uma velocidade de vários quilômetros por segundo.

No entanto, para confirmar que a velocidade de rotação de Betelgeuse é realmente maior do que o normal, são necessárias observações e análises mais aprofundadas. Se essa velocidade for realmente alta, os especialistas acreditam que a estrela poderia ter engolido uma menor. Por outro lado, se não for esse o caso, abrirá um novo paradigma para a interpretação de dados de observação de estrelas.

A análise dos dados de alta resolução mais recentes está atualmente em andamento para determinar a taxa de rotação exata de Betelgeuse. Além disso, "ainda há muito que não entendemos sobre estrelas gigantes em ebulição como Betelgeuse", diz Andrea Chiavassa, astrônoma do CNRS e coautora do estudo. A equipe espera que observações futuras forneçam mais informações sobre essa questão.

Um vídeo mostrando a simulação da superfície de ebulição de Betelgeuse: