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19 de septiembre de 2020
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Algo pasa con Betelgeuse
Foto: ESO/Digitized Sky Survey 2/Davide De Martin

Algo pasa con Betelgeuse

Daniel Martín Reina

La estrella más popular de la constelación de Orión se oscureció notablemente durante varios meses.

La explosión de una estrella como supernova es uno de los fenómenos más violentos y espectaculares que se producen en el Universo. Se han podido presenciar en directo numerosos ejemplos en otras galaxias, a millones de años luz de distancia. Pero no en la Vía Láctea, donde la última se remonta a 1604, cuando ni siquiera se había inventado el telescopio. Desde entonces, generaciones de astrónomos persiguen el sueño de cazar in fraganti una supernova en nuestra galaxia.

Betelgeuse es una de las estrellas de la Vía Láctea que están destinadas a estallar como supernova algún día. Por su masa y su antigüedad, se ha calculado que esto puede ocurrir en cualquier momento en los próximos 100000 años. Pero Betelgeuse ha sido noticia en todo el mundo desde octubre de 2019, cuando los astrónomos observaron con sorpresa que esta brillante estrella rojiza se estaba oscureciendo. En apenas tres meses, su brillo disminuyó más de 35 %, un efecto que podía apreciarse a simple vista y que no tiene precedentes en los últimos 150 años. ¿Podía ser la atenuación de Betelgeuse el indicio de una explosión inminente?

Una estrella descomunal

Betelgeuse es una de las estrellas más populares entre los amantes del cielo nocturno. Se encuentra en la constelación de Orión, el Cazador, en el hombro derecho del arquero que representa. Situada a tan solo 640 años luz de nosotros, Betelgeuse es una supergigante roja, la más cercana a nuestro planeta. Todo en ella es descomunal al compararla con nuestra estrella de referencia, el Sol, que tiene un tamaño medio. El diámetro de Betelgeuse es más de 1 000 veces mayor que el del Sol y, por tanto, su volumen es más de 1 000 millones de veces superior. Si ocupara el lugar de nuestra estrella en el Sistema Solar, Betelgeuse engulliría a Mercurio, Venus, la Tierra, Marte y el cinturón de asteroides. Júpiter se salvaría, pero por poco.

Teniendo en cuenta la distancia a la que se encuentra Betelgeuse y su brillo total (incluyendo también la luz infrarroja, que emite en grandes cantidades pero que es invisible a nuestros ojos), podemos estimar la luminosidad de la estrella. El resultado cuesta imaginarlo, pues equivale a 140 000 soles. De hecho, si pudiésemos ver toda la radiación que emite Betelgeuse, esta sería la estrella más brillante en el cielo después del Sol y su brillo estaría a la altura de la Luna llena, a pesar de la enorme distancia que nos separa. En cuanto a la masa, la diferencia con respecto a nuestra estrella es más modesta: se calcula que Betelgeuse equivale a unas 18 masas solares. La masa y el brillo de una estrella están íntimamente ligados con su ciclo de vida. Una estrella tan masiva como Betelgeuse es muy brillante, pero a costa de gastar muy rápido su combustible y vivir menos tiempo. Una estrella más pequeña es menos luminosa, por lo que consume su combustible mucho más despacio y dura más. Es el caso del Sol, que con 4500 millones de años se encuentra a la mitad de su vida. En cambio Betelgeuse, con apenas ocho millones de años de edad, se considera ya una estrella anciana.

Así será la supernova de Betelgeuse

Una vez que Betelgeuse complete la etapa de fusión del helio en carbono, las cosas empezarán a suceder muy rápido. El carbono se agota en apenas 100 años, dando lugar a una cadena de reacciones nucleares que finaliza con la formación de hierro unos meses después. Y ahí se detiene la fusión nuclear.

Sin la fuerza expansiva de la fusión, la gravedad se impone y el núcleo de la estrella se colapsa en cuestión de minutos. En estrellas como Betelgeuse, la implosión se detiene abruptamente. Entonces la estrella estalla, arrojando el material de las capas externas al espacio interestelar e iniciando reacciones nucleares que crean nuevos elementos, como plomo y oro. Este último aliento de la estrella es una supernova y puede ser tan brillante como toda una galaxia.

Vista desde nuestro planeta, la explosión de Betelgeuse será algo único. La estrella brillará tanto que se podrá ver incluso de día. Por la noche, será el segundo objeto más brillante del firmamento después de la Luna. Y, al igual que nuestro satélite, será capaz de proyectar sombras en la superficie terrestre.

Pero esto no durará eternamente. Tras varios meses, el brillo de Betelgeuse se irá extinguiendo. Unos seis años después de la explosión, se atenuará tanto que dejará de verse a simple vista. Ese día Betelgeuse desaparecerá de la constelación de Orión para siempre.

Fusión, divino tesoro

El combustible de una estrella —y también su principal componente— es el hidrógeno. En las profundidades de la estrella, la presión y la temperatura son tan elevadas que se produce la llamada fusión nuclear, una reacción en la que el hidrógeno se transforma en helio. En el proceso se pierde algo de masa, que se convierte en luz y calor y se emite al exterior (masa y energía son equivalentes, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein, E=mc2). Por eso brillan las estrellas. Se calcula que una estrella mediana como el Sol transforma unos cinco millones de toneladas de hidrógeno en helio cada segundo. Igual que un coche, que se mueve siempre que le quede gasolina en el depósito, la estrella es capaz de generar luz y calor mientras tenga hidrógeno que se fusione en helio.

En el caso de Betelgeuse, los expertos creen que ya ha consumido todo su hidrógeno. Este empezó a escasear hace dos millones de años, cuando Betelgeuse era una estrella mucho más pequeña. Pero a medida que fue agotando su combustible, se empezó a desestabilizar. Una vez consumido el hidrógeno por completo, la energía emitida hacia el exterior durante la fusión dejó de compensar el peso de la estrella, que tiende a contraerla. La atracción gravitacional hizo que el núcleo de Betelgeuse, compuesto ya en exclusiva por helio, se comprimiera más todavía. Esto hizo aumentar la temperatura en su interior hasta alcanzar el siguiente paso en la evolución estelar: la fusión de helio en carbono. Con esto, las capas exteriores de la estrella se expandieron, llegando a las enormes proporciones de hoy en día. Y la superficie fue enfriándose hasta los actuales 3 500 oC. Esta temperatura tan baja es la responsable del color rojizo característico de Betelgeuse (es baja para los estándares estelares; por ejemplo, la superficie del Sol está 2 000 oC más caliente, por eso lo vemos más amarillo). Así fue como Betelgeuse se transformó en una supergigante roja.

Luz variable

Betelgeuse no es la estrella más brillante de la constelación de Orión. Esa distinción le pertenece en la actualidad a Rigel, en la pierna izquierda del arquero. Sin embargo, llama la atención que el nombre astronómico alternativo de Betelgeuse sea Alfa Orionis mientras que el de Rigel es Beta Orionis. Esta forma de designar a las estrellas fue iniciada por el astrónomo alemán Johannes Bayer en su atlas estelar Uranometria (1603). La denominación de Bayer, como se conoce hoy, consiste en asignar a la estrella más brillante de cada constelación la letra alfa, la primera del alfabeto griego, seguida del genitivo de la constelación en latín (por ejemplo, Orionis, que significa “perteneciente a Orión”). De la misma manera, la segunda en brillo recibiría la segunda letra del alfabeto griego, beta, y así sucesivamente. Alfa Orionis, por tanto, hacía referencia a la estrella más brillante de la constelación de Orión. Y esa estrella, en los tiempos de Bayer, era Betelgeuse.

Este detalle pone de manifiesto otra de las peculiaridades de esta estrella: su brillo no es constante, sino que varía con el paso del tiempo. Y esta variación no sigue un patrón regular. Por eso los astrónomos dicen que Betelgeuse es una estrella “variable semi irregular”. No es ninguna rareza: hoy en día conocemos más de 100000 estrellas variables en todo el Universo. Los científicos han detectado que Betelgeuse tiene un ciclo principal de variaciones que se repite cada 425 días. A este hay que añadir otros secundarios con periodos que van de 100 días a seis años.

La variación del brillo de Betelgeuse se produce por la expansión y contracción de la propia estrella, debida a cambios en el ritmo de las reacciones de fusión que ocurren en el núcleo. Otra posible causa es la presencia de celdas de convección, gigantescas burbujas de plasma caliente que se forman en el interior de la estrella. Como las burbujas de un inmenso caldero hirviendo, estas celdas se hinchan y suben a la superficie de Betelgeuse, donde se enfrían para caer de nuevo al interior. En ambos casos el resultado es una importante variación de la temperatura superficial.

En busca de una explicación

Existe una tercera opción que podría explicar la insólita pérdida de brillo reciente de la supergigante roja. Se sabe que este tipo de estrellas pueden arrojar al espacio descomunales cantidades de gas y otros materiales que se condensan alrededor de la estrella como polvo. A medida que se enfrían y se dispersan, los granos de polvo obstruyen parte de la luz de la estrella. Si esa nube de polvo se interpusiera entre la estrella y nosotros, el efecto al mirar desde la Tierra sería una pérdida de brillo, tal y como observamos ahora.

¿Cómo se puede saber qué está pasando? Una nube de polvo no debería afectar la temperatura de la superficie de Betelgeuse. En cambio, los otros procesos que hemos barajado sí (variación de tamaño de la estrella o presencia de celdas convectivas). Por tanto, una forma sencilla de distinguir entre estas opciones es determinar la temperatura de la superficie de Betelgeuse.

Con este fin, los astrónomos buscaron la presencia de óxido de titanio, una sustancia habitual en estrellas grandes y relativamente frías, como Betelgeuse. Cuando la luz atraviesa el óxido de titanio, este deja la huella de su presencia en el espectro luminoso en forma de líneas de absorción. Esto es, BETELGEUSE Categoría: supergigante roja Galaxia: Vía Láctea Constelación: Orión Edad: 8 millones de años Distancia de la Tierra: 640 años luz Diámetro: aprox. 1 000 veces mayor que el Sol Brillo: variable; aprox. 150 000 veces más que el Sol Temperatura de la superficie: aprox. 3 500 oC un patrón de líneas de color característico de esa sustancia y de ninguna otra (véase ¿Cómo ves? Núm. 132), que se puede ver por medio de un espectroscopio. Basándose en modelos de estrellas y comparándolo con el espectro de otras 74 supergigantes rojas, los científicos estimaron la temperatura de la superficie de Betelgeuse a partir de la intensidad de estas líneas. Según sus cálculos, el 15 de febrero de 2020 la superficie de Betelgeuse estaba a una temperatura de 3 330 oC. Esto supone una disminución de apenas 50 oC con respecto a la temperatura calculada mediante el mismo método en marzo de 2004, 3 380 oC. La diferencia es mínima y no encaja con ninguna actividad estelar. Más bien apunta, a falta de pruebas más concluyentes, a que la pérdida de brillo de Betelgeuse se debe a una nube de gas y polvo entre la estrella y nosotros.

La última supernova de nuestra galaxia

El 9 de octubre de 1604 en Praga, Jan Brunowski, pupilo del astrónomo Johannes Kepler, vio una estrella nueva en la constelación de Ofiuco. Aunque al principio no destacaba más que el planeta Marte, a los pocos días alcanzó el brillo de Júpiter e incluso fue visible de día durante más de tres semanas.

Alertado por su pupilo, Kepler realizó observaciones meticulosas de la posición y luminosidad de esta nueva estrella durante más de un año y las reunió en el libro De stella nova (“Sobre una estrella nueva”).

Aunque no se ha vuelto a ver una supernova en la Vía Láctea, esto no significa que no las haya. Se estima que la tasa de explosión de supernovas en nuestra galaxia es de una a tres cada 100 años. El problema es que el polvo interestelar no deja pasar la luz visible. Algunas supernovas se han descubierto después de la explosión por medio de radiotelescopios (con un mayor poder de penetración) o por el hallazgo de una nebulosa con un púlsar en su interior. Uno de los ejemplos más famosos es Casiopea A, una intensa fuente de ondas de radio que se encuentra a una distancia de unos 11000 años luz. Los expertos creen que el origen de Casiopea A es una supernova que se produjo en 1680, que el astrónomo inglés John Flamsteed registró como una estrella de sexta magnitud.

Polvo de estrella

No sería la primera vez que se observa algo parecido. En 2009, el telescopio VLT (Very Large Te­ lescope, o “Telescopio muy grande”) en Chile captó un enorme penacho de gas que salía de la superficie de la estrella y se extendía por el espacio. La diferencia es que en aquella ocasión el gas fue expulsado en una dirección tal que no bloqueó nuestra visión de la estrella. Otro argumento a favor de la nube de polvo es que Betelgeuse ha ido recuperando gradualmente su brillo desde que alcanzó el mínimo en febrero. Según las últimas observaciones, a mediados de abril de 2020 Betelgeuse se encontraba ya al 95% de su brillo habitual. Esto indica que la nube de polvo se habría dispersado, y con ella las ilusiones de muchos adeptos de la astronomía, tanto profesionales como aficionados, a quienes les encantaría verla explotar.

Es comprensible su desilusión. Una supernova es uno de los fenómenos más espectaculares que se pueden presenciar en el Universo. En el instante de la explosión, se calcula que Betelgeuse emitirá más energía que el Sol en toda su vida. Después la veríamos brillar casi como la Luna llena durante varias semanas o quizá meses. Y el fenómeno no entrañaría ningún riesgo para nuestro planeta. La distancia que nos separa de Betelgeuse está muy por encima del umbral de seguridad, estimado en unos 50 años luz. De hecho, entre todas las posibles estrellas candidatas a explotar como supernovas en nuestra galaxia en un futuro próximo (en la escala de tiempo astronómica) no hay ninguna que sea peligrosa. La más cercana, IK Pegasi, se encuentra a 154 años luz. Volviendo a Betelgeuse, habrá que seguir esperando la supernova, que ocurrirá en algún momento de los próximos 100000 años: una eternidad para un ser humano, pero un suspiro en términos cósmicos. La paradoja es que las supernovas, con todo su poder de destrucción, son también fuente de vida. Ya lo dijo Carl Sagan como solo él podía expresarlo: “somos polvo de estrellas”. En efecto, nuestro Sistema Solar (el Sol, los planetas, los cometas y asteroides...) nació de los restos de una supernova (o varias) hace miles de millones de años. El oxígeno que respiramos, el hierro que circula por la sangre, el calcio que fortalece los huesos... todos esos elementos se cocinaron en el horno de esa devastadora explosión. Sin ella, esas sustancias nunca habrían llegado hasta aquí y nosotros no existiríamos. Quién sabe qué extraños mundos se formarán a partir de Betelgeuse cuando explote como supernova.

  • “¿Qué está pasando con la estrella Betelgeuse?”, Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México: www.facebook.com/ astronomiaunam/videos
  • Zuluaga, Jorge, “El enigma de Betelgeuse”, Investigación y Desarrollo, Barcelona, 2019: www.investigacionyciencia.es/ blogs/astronomia/76/posts/el-enigma- de-betelgeuse-18171
  • “Betelgeuse”, Centro de Comunicación de la Ciencia, Universidad de Chile, Santiago: https://ciencias.uautonoma.cl/noticias/que-le-pasa-a-betelgeuse/

Daniel Martín Reina es físico y colaborador habitual de ¿Cómo ves? Actualmente es miembro del grupo de Investigación de Instrumentación Electrónica y Aplicaciones de la Universidad de Sevilla, España. Escribe el blog de divulgación La aventura de la ciencia: http://laaventuradelaciencia.blogspot.mx

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