El Hubble de la NASA ayuda a detectar la estela de la esquiva estrella compañera de Betelgeuse

Utilizando nuevas observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA y observatorios terrestres, astrónomos rastrearon la influencia de Siwarha, una estrella compañera recientemente descubierta, en el gas que rodea Betelgeuse. La investigación, realizada por científicos del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian (CfA), revela una estela de gas denso que se arremolina en la vasta y extensa atmósfera de Betelgeuse, lo que arroja luz sobre por qué el brillo y la atmósfera de la estrella gigante han cambiado de forma extraña e inusual.

Esta concepción artística muestra la estrella supergigante roja Betelgeuse y una estrella compañera en órbita. La compañera, que orbita en sentido horario desde este punto de vista, genera una densa estela de gas que se expande. Está tan cerca de Betelgeuse que atraviesa la extensa atmósfera exterior de la supergigante. La estrella compañera no está a escala; sería una diminuta diferencia comparada con Betelgeuse, que es cientos de veces más grande. La distancia de la compañera a Betelgeuse está a escala en relación con el diámetro de Betelgeuse. Crédito: Ilustración: NASA, ESA, Elizabeth Wheatley (STScI); Ciencia: Andrea Dupree (CfA)

Los resultados del nuevo estudio fueron presentados el lunes en una conferencia de prensa en la 247ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Phoenix y son aceptados para su publicación en The Astrophysical Journal.

El equipo detectó la estela de Siwarha mediante un cuidadoso seguimiento de los cambios en la luz de la estrella durante casi ocho años. Estos cambios muestran los efectos de la compañera, previamente no confirmada, a medida que atraviesa la atmósfera exterior de Betelgeuse. Este descubrimiento resuelve uno de los mayores misterios sobre la estrella gigante, ayudando a los científicos a explicar su comportamiento y evolución, a la vez que abre nuevas puertas para comprender otras estrellas masivas que se acercan al final de sus vidas.

Ubicada a unos 650 años luz de la Tierra, en la constelación de Orión, Betelgeuse es una estrella supergigante roja tan grande que podrían albergar en su interior más de 400 millones de soles. Debido a su enorme tamaño y proximidad, Betelgeuse es una de las pocas estrellas cuya superficie y atmósfera circundante pueden ser observadas directamente por los astrónomos, lo que la convierte en un laboratorio importante y accesible para estudiar cómo las estrellas gigantes envejecen, pierden masa y finalmente explotan como supernovas.

Utilizando el Hubble de la NASA y los telescopios terrestres del Observatorio Fred Lawrence Whipple y del Observatorio Roque de Los Muchachos, el equipo pudo observar un patrón de cambios en Betelgeuse, lo que proporcionó evidencia clara de una estrella compañera sospechada desde hace tiempo y su impacto en la atmósfera exterior de la supergigante roja. Estos incluyen cambios en el espectro de la estrella, o los colores específicos de la luz emitida por los diferentes elementos, y la velocidad y dirección de los gases en la atmósfera exterior debido a una estela de material más denso. Esta estela aparece justo después de que la estrella compañera cruce frente a Betelgeuse cada seis años, o aproximadamente 2100 días, lo que confirma los modelos teóricos.

Los científicos utilizaron el Telescopio Espacial Hubble de la NASA para buscar evidencia de una estela generada por una estrella compañera que orbita la supergigante roja Betelgeuse. Se centraron en la luz ultravioleta emitida por el hierro ionizado (Fe II, un átomo de hierro que ha perdido un electrón). La luz del material que se acerca a nosotros se desplaza hacia longitudes de onda más cortas, o se desplaza hacia el azul. El equipo detectó una diferencia notable en la luz desplazada hacia el azul, que se muestra en el pico izquierdo del gráfico del espectro, cuando la estrella compañera se encontraba en diferentes puntos de su órbita. En concreto, observaron una cantidad significativamente mayor de luz desplazada hacia el azul cuando la estrella compañera se encontraba frente a Betelgeuse, en comparación con cuando se encontraba detrás de Betelgeuse. Esto demuestra que la atmósfera de la supergigante se expande y absorbe la estela tras el paso de la compañera, como cabría esperar de una estela. En otras palabras, cuando la compañera está delante, no hay estela que absorba la emisión de hierro, por lo que los astrónomos detectan un pico intenso. Sin embargo, tras el paso de la compañera frente a Betelgeuse, la estela que la sigue absorbe la luz de la emisión de hierro, lo que resulta en un pico más corto. Crédito: Ilustración: NASA, ESA, Elizabeth Wheatley (STScI); Ciencia: Andrea Dupree (CfA)

“Es como un barco moviéndose por el agua. La estrella compañera crea un efecto dominó en la atmósfera de Betelgeuse que podemos ver en los datos”, dijo Andrea Dupree, astrónoma del CfA y autora principal del estudio. “Por primera vez, observamos señales directas de esta estela, o rastro de gas, lo que confirma que Betelgeuse realmente tiene una compañera oculta que determina su apariencia y comportamiento”.

Durante décadas, los astrónomos han rastreado los cambios en el brillo y las características de la superficie de Betelgeuse con la esperanza de descubrir por qué la estrella se comporta como lo hace. La curiosidad se intensificó después de que la estrella gigante pareciera "estornudar" y se debilitara inesperadamente en 2020. Dos períodos distintos de variación en la estrella resultaron especialmente desconcertantes para los científicos: un ciclo corto de 400 días, atribuido recientemente a pulsaciones internas de la propia estrella, y el largo período secundario de 2100 días.

Hasta ahora, los científicos han considerado todo, desde grandes células de convección y nubes de polvo hasta actividad magnética y la posibilidad de una estrella compañera oculta. Estudios recientes concluyeron que el largo período secundario se explicaba mejor por la presencia de una estrella compañera de baja masa orbitando en las profundidades de la atmósfera de Betelgeuse, y otro equipo de científicos informó de una posible detección. Sin embargo, hasta ahora, los astrónomos carecían de pruebas que demostraran lo que creían que estaba sucediendo. Ahora, por primera vez, cuentan con pruebas sólidas de que una estrella compañera está perturbando la atmósfera de esta estrella supergigante.

“La idea de que Betelgeuse tuvo una compañera no detectada ha ganado popularidad en los últimos años, pero sin evidencia directa, era una teoría sin demostrar”, dijo Dupree. “Con esta nueva evidencia directa, Betelgeuse nos ofrece un lugar privilegiado para observar cómo una estrella gigante cambia con el tiempo. Encontrar la estela de su compañera nos permite comprender cómo estrellas como esta evolucionan, desprenden material y finalmente explotan como supernovas”.

Ahora que Betelgeuse está eclipsando a su compañera desde nuestro punto de vista, los astrónomos están planeando nuevas observaciones para su próxima aparición en 2027. Este avance también puede ayudar a explicar misterios similares en otras estrellas gigantes y supergigantes.

El Telescopio Espacial Hubble lleva más de tres décadas en funcionamiento y continúa realizando descubrimientos revolucionarios que moldean nuestra comprensión fundamental del universo. El Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, en Greenbelt, Maryland, gestiona el telescopio y las operaciones de la misión. Lockheed Martin Space, con sede en Denver, también apoya las operaciones de la misión en el Goddard. El Instituto Científico del Telescopio Espacial de Baltimore, operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, realiza las operaciones científicas del Hubble para la NASA.

Publicado en NASA/Hubble el 5 de enero del 2025, enlace publicación.