Betelgeuse: características, formación, estructura, composición
¿Qué es Betelgeuse?
Betelgeuse es la estrella alfa de la constelación de Orión, por lo que también se le denomina alpha Orionis. Es una estrella del tipo supergigante roja, las estrellas de mayor volumen, pero no necesariamente las más masivas.
A pesar de ser la estrella alfa de Orión, Betelgeuse a simple vista no es la más brillante de la constelación, ya que Rigel -beta Orionis- es la que más destaca. Sin embargo, en el espectro infrarrojo y rojo cercano Betelgeuse sí es la de mayor brillo, hecho que está directamente relacionado con la temperatura de su superficie.
Esta estrella seguramente fue observada desde tiempos ancestrales por los primeros humanos, por su gran luminosidad. En orden de brillo, habitualmente es la décima más brillante del cielo nocturno y, como hemos dicho, la segunda en brillo en la constelación de Orión.
Los astrónomos chinos en el siglo I describieron a Betelgeuse como una estrella amarilla. Pero otros observadores como Ptolomeo se refirieron a ella como anaranjada o rojiza. Mucho después, durante el siglo XIX, John Herschel observó que su brillo es variable.
Lo que sucede es que todas las estrellas evolucionan, por eso su color va cambiando a través del tiempo, ya que va expulsando gas y polvo de las capas más superficiales. Esto también altera su luminosidad.
Características de Betelguese
- Betelgeuse es el ejemplo característico de una estrella supergigante roja, las cuales se caracterizan por tener un tipo espectral K o M y luminosidad tipo I.
- Son estrellas de baja temperatura; para el caso de Betelgeuse se calcula que está alrededor de los 3000 K. La temperatura y el color están relacionados, por ejemplo un trozo de hierro caliente está al rojo vivo, pero si la temperatura aumenta se torna blanco.
- A pesar de tener apenas 8 millones de años, Betelgeuse ha evolucionado rápidamente y ya salió de la secuencia principal, porque su combustible nuclear se ha agotado y se ha hinchado hasta sus dimensiones presentes.
- Estas estrellas gigantes también tienen una luminosidad variable. En los últimos años su brillo ha disminuido, lo cual ha preocupado a la comunidad científica, aunque recientemente lo ha ido recuperando.
A continuación sus principales características:
- Distancia: Entre 500 a 780 años luz.
- Masa: Entre 17 a 25 masas solares.
- Radio: Entre 890 a 960 radios solares.
- Luminosidad: Entre 90.000 a 150.000 la luminosidad solar.
- Estado de evolución: Supergigante roja.
- Magnitud aparente: +0,5 (visible) -3,0 (banda J infrarroja) -4,05 (banda K infrarroja).
- Edad: Entre 8 y 10 millones de años.
- Velocidad radial: +21,0 km/s.
Betelgeuse pertenece a la clase espectral M, lo que significa que la temperatura de su fotosfera es relativamente baja. Se clasifica como tipo M1-2 Ia-ab.
En el diagrama de Yerkes de clasificación espectral, el sufijo Ia-ab significa que se trata de una supergigante de luminosidad intermedia. El espectro luminoso de Betelgeuse se usa como referencia para la clasificación de otras estrellas.
El diámetro de Betelgeuse se calcula entre 860 a 910 millones de kilómetros y fue la primera estrella cuyo diámetro se midió mediante interferometría. Este diámetro es comparable al de la órbita de Júpiter, sin embargo no es la mayor de las supergigantes rojas.
A pesar de su gran tamaño, es apenas entre 10 y 20 veces más masiva que nuestro Sol. Pero su masa es lo suficientemente grande como para que su evolución estelar sea rápida, ya que el tiempo de vida de una estrella va con el inverso del cuadrado de su masa.
Formación y evolución
Betelgeuse, como todas las estrellas, comenzó como una enorme nube de gas hidrógeno, helio y polvo cósmico con otros elementos químicos, que se fue condensando en torno a un punto central y aumentado su densidad de masa.
Existe evidencia de que ocurre así en los cúmulos de estrellas en formación, situados por lo general en el interior de nebulosas compuestas de materia interestelar fría y poco densa.
La formación de una estrella, su vida y su muerte, es un eterno combate entre:
- La atracción gravitacional, que tiende a condensar toda la materia en un punto y
- La energía cinética individual de cada partícula, que en conjunto ejerce la presión necesaria para escapar y expandirse del punto de atracción.
A medida que se produce la contracción de la nube original hacia el centro, se forma una protoestrella que comienza a emitir radiación.
La atracción gravitacional hace que los núcleos atómicos adquieran energía cinética, pero al ser frenados en el centro más denso de la protoestrella, emiten radiación electromagnética y así comienza a brillar.
Cuando se llega al punto en que los núcleos de hidrógeno están tan compactados y adquieren suficiente energía cinética como para vencer la repulsión electrostática, comienza a actuar la fuerza de atracción fuerte. Entonces ocurre la fusión de los núcleos.
En la fusión nuclear de los núcleos de hidrógenos se forman núcleos de helio y neutrones, con ingentes cantidades de energía cinética y de radiación electromagnética. Ello se debe a la pérdida de masa en la reacción nuclear.
Este es el mecanismo que contrarresta la compresión gravitacional de una estrella, a través de la presión cinética y de la presión de radiación. Mientras la estrella se encuentra en este equilibrio, se dice que está en la secuencia principal.
La etapa de gigante roja
El proceso descrito anteriormente no dura por siempre, al menos para las estrellas muy masivas, ya que a medida que el hidrógeno se va convirtiendo en helio, el combustible se va agotando.
De esta forma, la presión que contrarresta el colapso gravitacional va en disminución y por tanto el núcleo de la estrella se compacta. A la par la capa externa se expande y parte de las partículas, las más energéticas, escapan al espacio, formando una nube de polvo que rodea la estrella.
Cuando esto ocurre se ha alcanzado el estado de gigante roja y este es el caso de Betelgeuse. En la evolución estelar, la masa de la estrella define el tiempo de vida y muerte.
Una supergigante como Betelgeuse tiene un tiempo de vida breve, pasando por la secuencia principal muy rápidamente, mientras que las poco masivas enanas rojas brillan modestamente por millones de años.
A Betelgeuse se le calcula una edad de 10 millones de años y se considera que ya está en las etapas finales de su ciclo evolutivo. Se piensa que en 100.000 años más o menos, su ciclo de vida finalice con una gran explosión de supernova.
Estructura y composición
Betelgeuse tiene un núcleo denso rodeado de un manto y una atmósfera, que alcanza un diámetro 4,5 veces mayor de la órbita terrestre. Pero en 2011 se descubrió que la estrella está rodeada por una vasta nebulosa de material proveniente de ella misma.
La nebulosa que rodea a Betelgeuse se extiende a 60 mil millones de kilómetros de la superficie de la estrella, esto es 400 veces el radio orbital de la Tierra.
En sus etapas finales, las gigantes rojas expulsan material al espacio circundante, una cantidad enorme en un tiempo relativamente corto. Se calcula que Betelgeuse desprende el equivalente a la masa del Sol en tan solo 10.000 años. Esto es apenas un instante en el tiempo estelar.
A continuación se muestra una imagen de la estrella y su nebulosa, obtenida con el telescopio VLT ubicado en el Cerro Paranal, Antofagasta, Chile por la ESO (Organización Europea para la investigación astronómica en el hemisferio Sur).
En la figura el círculo rojo central es propiamente la estrella Betelgeuse, con un diámetro de cuatro veces y media la órbita terrestre. Luego el disco negro corresponde a una zona muy brillante que fue enmascarada para que permitiese ver la nebulosa que rodea a la estrella, que como se ha dicho se extiende hasta 400 veces el radio orbital terrestre.
Esta imagen fue tomada en el rango infrarrojo y coloreada para que las distintas regiones puedan ser visibles. El azul corresponde a las longitudes de onda más cortas y el rojo a las más largas.
Los elementos presentes en Betelgeuse
Como toda estrella, Betelgeuse está compuesta principalmente de hidrógeno y helio. Sin embargo, como se trata de una estrella en sus fases finales, en su interior comienza a sintetizar otros elementos más pesados de la tabla periódica.
Las observaciones de la nebulosa que rodea a Betelgeuse, formada por el material que arroja la estrella, indican la presencia de polvo de sílice y alúmina. Este material es el que conforma la mayoría de los planetas rocosos, como la Tierra.
Esto nos indica que en el pasado existieron millones de estrellas similares a Betelgeuse, que proporcionaron el material que formó los planetas rocosos de nuestro sistema solar, incluyendo la Tierra.
Atenuación de Betelgeuse
En tiempos recientes Betelgeuse es noticia en la prensa internacional, ya que a comienzos de octubre de 2019 su luz comenzó a atenuarse apreciablemente, en apenas pocos meses.
Por ejemplo, para enero del 2020 su brillo decreció en un factor 2,5. No obstante para el 22 de febrero del 2020 detuvo su atenuación y comenzó a recuperar su brillo.
Eso se refiere al espectro visible, sin embargo en el espectro infrarrojo su brillo se ha mantenido bastante estable a lo largo de los últimos 50 años, lo cual lleva a pensar a los astrónomos que no se trata de una variación lumínica como la que ocurre en las etapas previas a una explosión de supernova.
Por el contrario, se trata de la absorción y la dispersión de la banda visible del espectro electromagnético, debido a la nube de polvo que ha expulsado la propia estrella.
Esta nube de polvo es transparente al infrarrojo, pero no para el espectro visible. Aparentemente la nube de polvo grueso que circunda la estrella se está alejando rápidamente de la misma, por eso el hombro de Orión, el cazador mitológico, seguramente permanecerá en el cielo durante mucho tiempo más.