BETELGEUSE: CARATTERISTICHE, FORMAZIONE, STRUTTURA E COMPOSIZIONE - ARTE - 2026

Betelgeuse è la stella alfa della costellazione di Orione, motivo per cui è anche chiamata alfa Orionis. È una stella del tipo supergigante rossa, le stelle di maggior volume, ma non necessariamente le più massicce.

Nonostante sia la stella alfa di Orione, Betelgeuse a prima vista non è la più brillante della costellazione, poiché Rigel -beta Orionis- è quella che spicca di più. Tuttavia, nello spettro infrarosso e vicino al rosso, Betelgeuse è il più luminoso, un fatto che è direttamente correlato alla sua temperatura superficiale.

Figura 1. Constellation Orion e quattro delle sue stelle principali, inclusa Betelgeuse. Fonte: Pixabay.

Questa stella è stata sicuramente osservata fin dall'antichità dai primi umani, per la sua grande luminosità. In ordine di luminosità, di solito è il decimo più luminoso nel cielo notturno e, come abbiamo detto, il secondo in luminosità nella costellazione di Orione.

Gli astronomi cinesi del I secolo descrissero Betelgeuse come una stella gialla. Ma altri osservatori come Tolomeo lo chiamavano arancione o rossastro. Molto più tardi, durante il XIX secolo, John Herschel osservò che la sua luminosità è variabile.

Quello che succede è che tutte le stelle si evolvono, ecco perché il loro colore cambia nel tempo, mentre espelle gas e polvere dagli strati più superficiali. Anche questo ne altera la luminosità.

Caratteristiche generali

Betelgeuse è il caratteristico esempio di una stella supergigante rossa, che sono caratterizzate dall'avere un tipo spettrale K o M e un tipo di luminosità I.

Sono stelle a bassa temperatura; Nel caso di Betelgeuse, si calcola che sia intorno ai 3000 K. Temperatura e colore sono correlati, ad esempio un pezzo di ferro caldo è rovente, ma se la temperatura aumenta diventa bianco.

Nonostante abbia solo 8 milioni di anni, Betelgeuse si è evoluta rapidamente dalla sequenza principale, perché il suo combustibile nucleare si è esaurito e si è gonfiato fino alle dimensioni attuali.

Queste stelle giganti hanno anche una luminosità variabile. Negli ultimi anni la sua luminosità è diminuita, il che ha preoccupato la comunità scientifica, anche se recentemente si è ripresa.

Ecco le sue principali caratteristiche:

- Distanza : tra 500 e 780 anni luce.

- Massa : tra 17 e 25 masse solari.

- Raggio : tra 890 e 960 raggi solari.

- Luminosità : tra 90.000 e 150.000 luminosità solare.

- Stato evolutivo : supergigante rossa.

- Magnitudine apparente : +0,5 (visibile) -3,0 (banda J dell'infrarosso) -4,05 (banda K dell'infrarosso).

- Età : tra 8 e 10 milioni di anni.

- Velocità radiale : +21,0 km / s

Betelgeuse appartiene alla classe spettrale M, il che significa che la temperatura della sua fotosfera è relativamente bassa. È classificato come tipo M1-2 Ia-ab.

Nel diagramma di Yerkes della classificazione spettrale, il suffisso Ia-ab significa che è una supergigante di luminosità intermedia. Lo spettro luminoso di Betelgeuse viene utilizzato come riferimento per la classificazione di altre stelle.

Il diametro di Betelgeuse è calcolato tra 860 e 910 milioni di chilometri ed è stata la prima stella il cui diametro è stato misurato mediante interferometria. Questo diametro è paragonabile a quello dell'orbita di Giove, tuttavia non è la più grande delle supergiganti rosse.

Nonostante le sue grandi dimensioni, è solo 10-20 volte più massiccio del nostro Sole. Ma la sua massa è abbastanza grande perché la sua evoluzione stellare sia rapida, poiché la durata di una stella è l'inverso di quella quadrato della sua massa.

Formazione ed evoluzione

Betelgeuse, come tutte le stelle, è nata come un'enorme nuvola di idrogeno gassoso, elio e polvere cosmica con altri elementi chimici, che si sono condensati attorno a un punto centrale e hanno aumentato la sua densità di massa.

Ci sono prove che questo sia il caso della formazione di ammassi stellari, generalmente situati all'interno di nebulose composte da materia interstellare fredda e sparsa.

Figura 2. Nebulosa IC396 con numerose stelle in fase di formazione. L'immagine è stata scattata nell'infrarosso, poiché lo spettro visibile è assorbito dalla nebulosa. Fonte: NASA / Spitzer.

La formazione di una stella, la sua vita e la sua morte, è un eterno combattimento tra:

• L'attrazione gravitazionale, che tende a condensare tutta la materia in un punto e
• L'energia cinetica individuale di ogni particella, che insieme esercita la pressione necessaria per sfuggire ed espandersi dal punto di attrazione.

Quando la nuvola originale si restringe verso il centro, si forma una protostella che inizia a emettere radiazioni.

L'attrazione gravitazionale fa sì che i nuclei atomici acquisiscano energia cinetica, ma quando vengono fermati nel centro più denso della protostella, emettono radiazioni elettromagnetiche e iniziano così a brillare.

Quando viene raggiunto il punto in cui i nuclei di idrogeno sono così strettamente imballati e acquisiscono energia cinetica sufficiente per superare la repulsione elettrostatica, la forte forza di attrazione inizia ad agire. Quindi si verifica la fusione dei nuclei.

Nella fusione nucleare dei nuclei di idrogeno si formano nuclei di elio e neutroni, con enormi quantità di energia cinetica e radiazione elettromagnetica. Ciò è dovuto alla perdita di massa nella reazione nucleare.

Questo è il meccanismo che contrasta la compressione gravitazionale di una stella, attraverso la pressione cinetica e la pressione di radiazione. Finché la stella è in questo equilibrio, si dice che sia nella sequenza principale.

Il palco della gigante rossa

Il processo sopra descritto non dura per sempre, almeno per stelle molto massicce, poiché quando l'idrogeno viene convertito in elio, il carburante si esaurisce.

In questo modo diminuisce la pressione che contrasta il collasso gravitazionale e quindi il nucleo della stella viene compattato, nello stesso momento in cui lo strato esterno si espande e parte delle particelle, le più energetiche, fuggono nello spazio, formando un nuvola di polvere che circonda la stella.

Quando questo accade lo stato di gigante rossa è stato raggiunto e questo è il caso di Betelgeuse.

Figura 3. Betelgeuse, una supergigante rossa delle dimensioni di 800 soli fino a 130 parsec nella costellazione di Orione, mostra il suo disco stellare. (Fonte: HST).

Nell'evoluzione stellare, la massa della stella definisce il tempo della vita e della morte.

Una supergigante come Betelgeuse ha una vita breve, attraversando la sequenza principale molto rapidamente, mentre le nane rosse meno massicce brillano modestamente per milioni di anni.

Si stima che Betelgeuse abbia 10 milioni di anni ed è considerata nelle fasi finali del suo ciclo evolutivo. Si pensa che tra 100.000 anni circa, il suo ciclo di vita finirà con una grande esplosione di supernova.

Struttura e composizione

Betelgeuse ha un nucleo denso circondato da un mantello e un'atmosfera, che è 4,5 volte il diametro dell'orbita terrestre. Ma nel 2011 si è scoperto che la stella è circondata da una vasta nebulosa di materiale proveniente da se stessa.

La nebulosa che circonda Betelgeuse si estende per 60 miliardi di chilometri dalla superficie della stella, questo è 400 volte il raggio orbitale della Terra.

Nelle loro fasi finali, i giganti rossi espellono materiale nello spazio circostante, una quantità enorme in un tempo relativamente breve. Si stima che Betelgeuse perda l'equivalente della massa del Sole in soli 10.000 anni. Questo è solo un istante in un tempo stellare.

Di seguito un'immagine della stella e della sua nebulosa, ottenuta con il telescopio VLT situato a Cerro Paranal, Antofagasta, Cile dall'ESO (European Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere).

Nella figura, il cerchio rosso centrale è propriamente la stella Betelgeuse, con un diametro di quattro volte e mezzo l'orbita terrestre. Quindi il disco nero corrisponde ad un'area molto luminosa che è stata mascherata per permetterci di vedere la nebulosa che circonda la stella, che, come si è detto, si estende fino a 400 volte il raggio orbitale della Terra.

Questa immagine è stata scattata nella gamma degli infrarossi e colorata in modo che le diverse regioni possano essere visibili. Il blu corrisponde alle lunghezze d'onda più brevi e il rosso a quelle più lunghe.

Figura 4. Il piccolo cerchio rosso al centro è la stella Betelgeuse, il cerchio nero è il mascheramento di un'area estremamente luminosa. Intorno al cerchio nero si vede la nebulosa composta dal materiale espulso dalla stella. (Fonte: ESO-VLT)

Gli elementi presenti in Betelgeuse

Come tutte le stelle, Betelgeuse è composta principalmente da idrogeno ed elio. Tuttavia, essendo una stella nelle sue fasi finali, al suo interno inizia a sintetizzare altri elementi più pesanti dalla tavola periodica.

Le osservazioni della nebulosa che circonda Betelgeuse, costituita dal materiale lanciato dalla stella, indicano la presenza di polvere di silice e allumina. Questo materiale è ciò che costituisce la maggior parte dei pianeti rocciosi, come la Terra.

Questo ci dice che in passato esistevano milioni di stelle simili a Betelgeuse, fornendo il materiale che componeva i pianeti rocciosi del nostro sistema solare, compresa la Terra.

Attenuazione di Betelgeuse

In tempi recenti Betelgeuse fa notizia sulla stampa internazionale, poiché all'inizio di ottobre 2019 la sua luce ha cominciato a diminuire sensibilmente, in pochi mesi.

Ad esempio, per gennaio 2020 la sua luminosità è diminuita di un fattore 2,5. Tuttavia, entro il 22 febbraio 2020, ha smesso di attenuarsi e ha iniziato a riacquistare la sua luminosità.

Questo si riferisce allo spettro visibile, tuttavia nello spettro infrarosso la sua luminosità è rimasta abbastanza stabile negli ultimi 50 anni, il che porta gli astronomi a pensare che non sia una variazione di luce come quella che si verifica in le fasi che portano all'esplosione di una supernova.

Al contrario, si tratta dell'assorbimento e della dispersione della banda visibile dello spettro elettromagnetico, a causa della nuvola di polvere che la stella stessa ha espulso.

Questa nuvola di polvere è trasparente agli infrarossi, ma non allo spettro visibile. Apparentemente la nuvola di polvere spessa che circonda la stella si sta rapidamente allontanando da essa, quindi la spalla di Orione, il cacciatore mitologico, rimarrà sicuramente nel cielo per molto più tempo.

Riferimenti

1. Astronoo. Betelgeuse. Estratto da: astronoo.com.
2. Pasachoff, J. 2007. The Cosmos: Astronomy in the New Millenium. Terza edizione. Thomson-Brooks / Cole.
3. Seeds, M. 2011. Fondamenti di astronomia. Settima edizione. Cengage Learning.
4. Finestra aperta. Relazione massa-luminosità. Recupero da: media4.obspm.fr
5. Wikipedia. Betelgeuse. Estratto da: es.wikipedia.com
6. Wikipedia. Orion OB1 associazione stellare. Estratto da: es.wikipedia.com