Betelgeuse: mais de 900 vezes o Sol, a estrela que explodirá em supernova

Betelgeuse: o Ombro do Caçador

Características gerais

Betelgeuse, também chamada 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 Orion, 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. A sua massa, estimada entre 10 e 20 massas solares, coloca-a entre as gigantes que terminarão as suas vidas num evento cataclísmico: uma supernova (colapso do núcleo de uma estrela massiva).

Betelgeuse: estrutura interna e instabilidades

Como supergigante vermelha de tipo espectral M1-2 Ia, Betelgeuse abandonou a sequência principal há várias centenas de milhares de anos. Já esgotou o hidrogénio no seu núcleo, interrompendo a fusão protão-protão central. A gravidade contraiu então o núcleo, aumentando a sua temperatura até iniciar a fusão do hélio em carbono e oxigénio através do processo triplo-alfa. Em torno deste núcleo de hélio em fusão, encontram-se camadas concêntricas onde ocorrem reações de fusão de elementos cada vez mais leves à medida que nos afastamos do centro: carbono, néon, oxigénio, e depois camadas de hidrogénio residual na periferia. Esta estrutura em camadas de cebola é característica das estrelas massivas em fases finais.

Fenómenos convectivos e pulsações

Os gradientes térmicos extremos gerados entre estas camadas provocam correntes convectivas muito poderosas, transportando não só energia mas também elementos pesados para a superfície. Estas células convectivas, de tamanho colossal (por 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 pulsações semi-regulares devidas a desequilíbrios hidrostáticos temporários entre a pressão de radiação e a gravidade, o que gera variações no raio e na temperatura efetiva em períodos de algumas centenas de dias.

Betelgeuse: um estranho escurecimento estelar

O Great Dimming

O espetacular escurecimento observado entre finais de 2019 e início de 2020, chamado de Great Dimming, realçou a complexidade dos fenómenos atmosféricos nestas supergigantes. Duas explicações principais foram avançadas: por um lado, uma queda local de temperatura relacionada com uma convecção extrema ou uma onda de choque interna que modificou temporariamente a temperatura efetiva da fotosfera; por outro, a ejeção de uma nuvem de gás densa e poeirenta que, ao condensar-se em silicatos a baixa temperatura, obscureceu temporariamente parte do disco estelar ao absorver a luz visível. Esta última hipótese é apoiada por observações infravermelhas e polarimétricas que revelaram uma nuvem de poeira em formação perto da linha de visão.

Causas e interpretações

Este comportamento errático é típico de estrelas próximas do colapso gravitacional. Com uma massa inicial estimada entre 15 e 20 massas solares, Betelgeuse está destinada a terminar a sua vida como supernova de tipo II, talvez nos próximos 100.000 anos. O acompanhamento das suas variações de brilho oferece-nos, portanto, uma janela única para as fases finais da evolução das estrelas massivas, numa fase em que a física dos plasmas, a dinâmica das camadas em fusão e as instabilidades radiativas se combinam para produzir fenómenos espetaculares e ainda imperfeitamente compreendidos.

Betelgeuse: um destino explosivo em supernova

Cenário de supernova

O destino de Betelgeuse está traçado: quando o ferro se acumular no seu núcleo, impedindo qualquer fusão exotérmica, a pressão gravitacional prevalecerá. Numa fração de segundo, o núcleo colapsará, gerando uma onda de choque que pulverizará as camadas externas numa supernova de tipo II. Esta explosão libertará tanta energia como uma galáxia inteira durante vários dias. Se ocorrer nos próximos milénios, o evento seria visível mesmo à luz do dia a partir da Terra, sem representar perigo, pois Betelgeuse está demasiado distante para que as radiações afetem significativamente a nossa biosfera.

Betelgeuse: uma janela para os últimos suspiros estelares

Observações e modelizações

O estudo de Betelgeuse permite compreender melhor as fases finais das estrelas massivas. Graças à interferometria, às observações infravermelhas e aos modelos hidrodinâmicos, os astrofísicos sondam o interior desta gigante vermelha e os seus fenómenos convectivos, de pulsação e de perda de massa. Betelgeuse ensina-nos que mesmo os astros aparentemente mais estáveis estão sujeitos a dinâmicas internas colossais, anunciando uma transformação violenta mas também formativa, pois as supernovas enriquecem o meio interestelar com elementos pesados, 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 baseia-se na interferometria ótica. Esta técnica permite medir o diâmetro angular da estrela, ou seja, o ângulo sob o qual o seu diâmetro é visto da Terra. Combinando este dado com a distância da estrela, obtém-se uma estimativa do seu raio real através de uma geometria puramente trigonométrica.

Fórmula utilizada

O raio R da estrela obtém-se pela relação:

R = (d × θ) / 2

• d é a distância até à 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 ótica)

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 coerente com outros métodos indiretos, confirma o estatuto de supergigante vermelha desta estrela, cujo diâmetro é comparável à órbita de Júpiter no Sistema Solar.

Tamanhos comparados de algumas estrelas gigantes e supergigantes

Comparação de tamanhos estelares

O nosso Sol é realmente muito pequeno comparado com algumas estrelas. Os planetas não passam de poeira comparados com as gigantes azuis e vermelhas do nosso universo. Neste vídeo do YouTube, os tamanhos relativos dos planetas e das estrelas são apresentados do mais pequeno para o maior. O vídeo mostra primeiro a nossa Lua, os planetas do nosso sistema solar ordenados por tamanho crescente, e depois o Sol. Em seguida, desfilam as maiores estrelas da nossa galáxia. Os seus tamanhos aproximados foram calculados a partir das suas luminosidades, temperaturas (deduzidas das suas cores) e distâncias.