Betelgeuse puede tener una betelbuddy

La brillante estrella Betelgeuse, visible a simple vista, es bien conocida por sus variaciones, algunas de las cuales pueden ser causadas por una estrella compañera invisible.

La brillante estrella supergigante roja Betelgeuse ha sido durante mucho tiempo una vista familiar para los observadores de estrellas, parpadeando con un brillo rojizo desde el hombro de Orión el Cazador. Pero también es un objetivo cada vez más popular para los astrónomos profesionales gracias a sus peculiaridades científicas, que van desde pulsaciones hasta misteriosos eventos de oscurecimiento.

Ahora, los astrónomos creen que pueden haber encontrado una pista clave para el extraño comportamiento de Betelgeuse: dos estudios independientes publicados en el servidor de preimpresión arXiv sostienen que Betelgeuse es en realidad parte de un sistema binario, con una estrella compañera previamente desconocida. Esta segunda estrella propuesta es mucho más pequeña que Betelgeuse y hasta ahora no ha sido vista; ambos equipos dedujeron su presencia basándose en cómo su gravedad tira suavemente de Betelgeuse de un lado a otro en el cielo. Pero si los astrónomos pueden confirmar la estrella con observaciones, podría explicar la pulsación más larga de Betelgeuse, que ha desconcertado a los astrónomos durante décadas.

Jugando el largo juego 

El extraño comportamiento de Betelgeuse se manifiesta en forma de variaciones de brillo. La estrella no pulsa en brillo a un ritmo regular, sino a una serie de ritmos superpuestos con períodos tan cortos como unos pocos cientos de días y tan largos como miles de días. Uno de ellos está directamente relacionado con el tiempo que le queda a Betelgeuse antes de que inevitablemente explote. La mayoría de los demás son armónicos relacionados con esa bomba de tiempo de supernova. Cuál es cuál ha sido un tema de desacuerdo entre los investigadores, pero la mayoría está de acuerdo en que un ciclo de 416 días es el llamado modo fundamental de la estrella, el que presagia más directamente su desaparición, y los modos más cortos son sus armónicos.

Pero el ciclo más largo, que se completa cada 2.170 días, sigue siendo un enigma en sí mismo. Hay algunos investigadores que creen que es el modo fundamental de la estrella, y si es cierto, indicaría que Betelgeuse es el doble de grande de lo que generalmente se cree y está lista para convertirse en supernova en cualquier momento. Pero la mayoría de los investigadores no están de acuerdo y plantean la hipótesis de que este ciclo más largo es algo más extraño y sutil.

Además, durante unos meses a finales de 2019 y principios de 2020, Betelgeuse se atenuó de repente por completo fuera de ciclo, lo que sorprendió a los astrónomos y los llevó a suponer finalmente que la estrella debe haber expulsado una nube de polvo gigante. Además, provocó una nueva oleada de investigaciones sobre la estrella familiar, incluido el último desarrollo, al que se llegó de forma independiente en dos estudios diferentes que actualmente se encuentran en el servidor de preimpresión de arXiv, de que Betelgeuse probablemente tenga una compañera.

Una estrella compañera se propuso por primera vez hace más de un siglo como una posible explicación del oscurecimiento y el brillo periódicos de Betelgeuse. Pero esta hipótesis cayó en desgracia a medida que los astrónomos aprendieron más sobre los ciclos de vida de las estrellas masivas. Quedó claro que Betelgeuse ha alcanzado una etapa de la vida en la que físicamente pulsa por sí sola, expandiéndose y contrayéndose en un ciclo. Estas pulsaciones desprenden nubes de polvo y gas de la superficie de la estrella en una envoltura de material que la rodea.

Aun así, estas pulsaciones intrínsecas suelen producirse en periodos de cientos de días o menos, por lo que no explican las pulsaciones mucho más lentas que se encuentran en Betelgeuse y otras estrellas similares. Estos periodos secundarios largos (LSP, por sus siglas en inglés) suelen tardar miles de días en completar un ciclo de brillo y oscurecimiento.

Las estrellas compañeras de baja masa o los planetas grandes podrían explicar algunos de estos LSP, ya que transitan u ocultan su estrella central y bloquean parte de su luz. Pero encontrarlos, especialmente alrededor de estrellas superbrillantes variables con atmósferas extendidas como Betelgeuse, es un gran desafío, por lo que su existencia es en su mayoría más una conjetura que un hecho observado.

Buscando a través de la historia

La clave de ambos estudios fue comparar la LSP de Betelgeuse con datos astrométricos y de velocidad radial. Ambos revelan cómo Betelgeuse se mueve muy levemente en el cielo, como si fuera jalada por una compañera invisible.

Un equipo dirigido por Jared Goldberg del Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en Nueva York utilizó datos astrométricos del telescopio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea y abordó minuciosamente todas las demás posibilidades para la LSP de Betelgeuse, desmintiendo cada teoría hasta que quedó una: una estrella compañera de baja masa que orbita cada 2.170 días. Su artículo fue publicado en arXiv el 17 de agosto y ha sido aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal.

Morgan MacLeod, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, dirigió un segundo grupo de investigación, que utilizó datos de velocidad radial de un siglo de observaciones, así como datos astrométricos (mediciones de la posición de Betelgeuse) para desentrañar los minúsculos cambios de la estrella en el cielo. Publicaron su descubrimiento en arXiv solo un mes después, el 17 de septiembre.

Ambos equipos están muy de acuerdo en los hechos de la compañera invisible. No puede ser mucho más que la masa del Sol, lo que la convierte en apenas una vigésima parte de la masa de Betelgeuse. Y gira alrededor de Betelgeuse a una distancia apenas inferior a la distancia promedio de Saturno al Sol, el equivalente aproximado de un ancho de Betelgeuse desde la superficie de la propia estrella.

Pero Betelgeuse proporcionó un giro más a la historia.

"Antes de nuestro trabajo", dice Goldberg a Astronomy, "una teoría principal para el comportamiento de LSP era una compañera con una cola polvorienta que ocultaba la estrella. Pero a partir de la velocidad radial, tiene que ser al revés: ¡el polvo bloquea la estrella cuando la compañera no está a la vista! Así que no es un eclipse sino un antieclipse. O mejor dicho, el polvo eclipsa a la estrella, pero el polvo está donde la compañera no está”.

El equipo de MacLeod llegó a la misma conclusión. En lugar de que la compañera bloquee la luz de Betelgeuse y provoque una caída en el brillo, la compañera aparentemente está limpiando el polvo como una máquina quitanieves, lo que hace que la luz de Betelgeuse brille un poco más durante el eclipse.

Esto podría vincularse perfectamente con la explicación de la nube de polvo para el Gran Atenuación en 2020, propone el equipo de Goldberg en su artículo. La atenuación ocurrió cerca del mínimo de LSP, cuando la compañera teórica habría estado detrás de Betelgeuse. Eso colocaría su punto de Lagrange L3, una peculiaridad orbital de estabilidad gravitacional, directamente entre Betelgeuse y los observadores terrestres, posiblemente canalizando la nube de polvo a lo largo de nuestra línea de visión y oscureciendo la luz de la estrella.

Un disparo en la oscuridad

El siguiente paso obvio es también el más desafiante hasta ahora: observar a la compañera. Según Goldberg, eso “puede que ni siquiera sea posible con los instrumentos actuales. Parte de eso depende de la suerte que tengamos y de las propiedades de la compañera”. Si la compañera está acumulando material de Betelgeuse y lo caliente que esté, esto produciría señales diferentes, que podrían informar al equipo sobre la compañera y hacer que sea más o menos difícil observarla.

“Pero”, continúa, “es más fácil ahora que sabemos cuándo mirar: si estamos en lo cierto, la compañera pasará por el borde de Betelgeuse cerca del 6 de diciembre de este año; en este punto estarán separados al máximo [desde nuestro punto de vista], y esa configuración… nos da la mejor oportunidad de distinguir a la compañera de la estrella”. Él dice que sus próximas observaciones, que ya han sido aprobadas, son “un poco arriesgadas. ¡Detectar algo ~100.000 veces más débil que lo que está al lado es difícil!”.

Pero Betelgeuse siempre ha estado llena de sorpresas. Tal vez esta vez, la improbabilidad juegue a nuestro favor.