Betelgeuse: Estrela Gigante à Beira do Caos em Órion

Betelgeuse: O Ombro do Caçador

Betelgeuse, também chamada de Alpha Orionis, é uma das estrelas mais massivas e luminosas visíveis a olho nu. Localizada a cerca de 640 anos-luz da Terra na constelação de Órion, marca o ombro esquerdo do caçador celeste. Esta supergigante vermelha tem um raio de cerca de 900 vezes o do Sol, abrangendo facilmente a órbita de Marte se estivesse no centro do nosso sistema solar. Sua massa, estimada entre 10 e 20 massas solares, a coloca entre as gigantes que terminarão suas vidas em um evento cataclísmico: uma supernova.

Betelgeuse: Estrutura Interna e Instabilidades

Betelgeuse: Um Estranho Escurecimento Estelar

Como uma supergigante vermelha de tipo espectral M1-2 Ia, Betelgeuse deixou a sequência principal há vários centenas de milhares de anos. Ela já esgotou o hidrogênio em seu núcleo, o que levou à cessação da fusão próton-próton central. A gravidade então contraiu o núcleo, aumentando sua temperatura para iniciar a fusão do hélio em carbono e oxigênio pelo processo triplo-alfa. Ao redor deste núcleo de fusão de hélio, encontram-se camadas concêntricas onde ocorrem reações de fusão progressivamente mais leves à medida que se afastam do centro: carbono, neônio, oxigênio e camadas de hidrogênio residual na periferia. Esta estrutura em camadas de cebola é característica de estrelas massivas em seus estágios finais.

Os gradientes térmicos extremos gerados entre essas camadas causam correntes convectivas muito poderosas, transportando não apenas energia, mas também elementos pesados para a superfície. Essas células convectivas, de tamanho colossal (às vezes equivalentes a um quarto do raio da estrela), induzem variações dinâmicas na fotosfera, visíveis da Terra como irregularidades no brilho. Além disso, Betelgeuse mostra pulsos semirregulares devido a desequilíbrios hidroestáticos temporários entre a pressão de radiação e a gravidade, levando a variações no raio e na temperatura efetiva ao longo de períodos de alguns centenas de dias.

O escurecimento espetacular observado entre o final de 2019 e o início de 2020, conhecido como o Grande Escurecimento, destacou a complexidade dos fenômenos atmosféricos dessas supergigantes. Duas explicações principais foram propostas: uma queda local de temperatura ligada a uma convecção extrema ou uma onda de choque interna que alterou temporariamente a temperatura efetiva da fotosfera; e a ejeção de uma pluma de gás densa e empoeirada que, ao condensar-se em silicatos a baixas temperaturas, obscureceu temporariamente parte do disco estelar ao absorver a luz visível. Esta última hipótese é apoiada por observações infravermelhas e polarizadas que revelaram uma nuvem de poeira formando-se próxima à linha de visão.

Este comportamento errático é típico de estrelas próximas ao colapso gravitacional. Com uma massa inicial estimada entre 15 e 20 massas solares, Betelgeuse está destinada a terminar sua vida como uma supernova do Tipo II, talvez dentro dos próximos 100.000 anos. O monitoramento de suas variações de luminosidade nos oferece assim uma janela única para as etapas finais da evolução das estrelas massivas, onde a física dos plasmas, a dinâmica das camadas de fusão e as instabilidades radiativas se combinam para produzir fenômenos espetaculares e ainda imperfeitamente compreendidos.

Betelgeuse: Um Destino Explosivo como Supernova

O destino de Betelgeuse está selado: quando o ferro se acumular em seu núcleo, impedindo qualquer fusão exotérmica adicional, a pressão gravitacional assumirá o controle. Em uma fração de segundo, o núcleo colapsará, gerando uma onda de choque que destruirá as camadas externas em uma supernova do Tipo II. Esta explosão liberará tanta energia quanto uma galáxia inteira por vários dias. Se ocorrer nos próximos milênios, o evento seria visível mesmo durante o dia a partir da Terra, embora não representasse perigo, pois Betelgeuse está muito distante para que a radiação afete significativamente nossa biosfera.

Betelgeuse: Uma Janela para os Últimos Suspiros das Estrelas

As Convecções de Betelgeuse

O estudo de Betelgeuse nos ajuda a compreender melhor as fases terminais das estrelas massivas. Através da interferometria, observações infravermelhas e modelagem hidrodinâmica, os astrofísicos exploram o interior deste gigante vermelho e seus fenômenos convectivos, pulsos e perda de massa. Betelgeuse nos ensina que mesmo as estrelas aparentemente mais estáveis estão sujeitas a dinâmicas internas colossais, anunciando uma transformação violenta, mas também formativa, pois as supernovas enriquecem o meio interestelar com elementos pesados, os ingredientes da vida.

Cálculo do Raio de Betelgeuse por Interferometria

Um dos métodos mais diretos para estimar o raio físico de uma estrela próxima como Betelgeuse é através da interferometria óptica. Esta técnica permite medir o diâmetro angular da estrela, ou seja, o ângulo sob o qual seu diâmetro é visto da Terra. Combinando este dado com a distância da estrela, obtemos uma estimativa de seu raio real usando geometria puramente trigonométrica.

Fórmula Utilizada

O raio R da estrela é obtido pela relação:

R = (d × θ) / 2

• d é a distância da estrela (em metros),
• θ é o diâmetro angular aparente da estrela (em radianos).

Dados de Observação para Betelgeuse

• Distância d ≈ 197 pc = 6,07 × 10¹⁸ m (medição Gaia DR3)
• Diâmetro angular θ ≈ 42 mas = 2,04 × 10⁻⁷ rad (obtido por interferometria óptica)

Cálculo do Raio de Betelgeuse

R = (6,07 × 10¹⁸ m × 2,04 × 10⁻⁷) / 2 ≈ 6,2 × 10¹¹ m

Este raio corresponde aproximadamente a:

R / R_☉ ≈ (6,2 × 10¹¹) / (6,96 × 10⁸) ≈ 891 R☉

A análise interferométrica coloca o raio de Betelgeuse em cerca de 890 vezes o do Sol. Este valor, muito consistente com outros métodos indiretos, confirma o status desta estrela como supergigante vermelha, cujo diâmetro é comparável à órbita de Júpiter no Sistema Solar.

Tamanhos Comparativos de Algumas Estrelas Gigantes e Supergigantes

Nosso Sol é realmente muito pequeno em comparação com algumas estrelas. Os planetas são apenas poeira em comparação com as Gigantes Azuis e Vermelhas do nosso universo. Neste vídeo do YouTube, os tamanhos relativos dos planetas e das estrelas são apresentados do menor ao maior. O vídeo mostra primeiro nossa Lua, os planetas do nosso sistema solar ordenados por tamanho crescente, depois o Sol. Em seguida, aparecerão as maiores estrelas da nossa galáxia. Seus tamanhos aproximados foram calculados a partir de suas luminosidades, temperaturas, deduzidas de suas cores, e suas distâncias.