Betelgeuse, una supernova en potencia

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Situación de Betelgeuse en la constelación de Orión
(Hans-Peter Scholz, 2004)

(Contribución de El neutrino a la LVI edición del Carnaval de la Física, organizada por High Ability Dimension)

(Publicado originalmente en Madrid Sindical)

El gigante mitológico Orión, durante una cacería en la isla de Creta con la diosa Artemisa, se jactó de que podía dar muerte a todos los animales y bestias de la Tierra. La diosa Gea, alarmada, envió un gigantesco escorpión, que picó al gigante y lo mató. A petición de Artemisa, Zeus puso a Orión entre las constelaciones del cielo, y en recuerdo de su muerte colocó también al Escorpión. Cerca de la constelación de Orión se encuentran sus perros de caza, el Can mayor y el Can menor, con los que persigue a su presa, que según unos autores es la Liebre, y según otros, Tauro, el Toro.

La constelación de Orión es una de las más reconocibles del firmamento; en el hemisferio norte podemos verla alta en el cielo durante el invierno. Está formada por cuatro estrellas principales que forman un cuadrilátero y que marcan los hombros y las piernas del gigante, y otras tres estrellas alineadas en el centro, llamadas “el cinturón de Orión”, “las tres Marías” o “los Reyes Magos”. La constelación es tan reconocible que se ha usado desde antiguo como referencia para planificar las faenas agrícolas.

La estrella situada en el hombro izquierdo de Orión es Betelgeuse, una de las estrellas más brillantes y más grandes del firmamento. Su nombre procede, a través de un error de transcripción, del árabe yad al-jawzā, “la mano de Jauza”. Para los árabes, Orión, junto con la vecina Géminis, era un personaje femenino, Jauza. El nombre de este personaje designaba originalmente a una oveja negra con una mancha blanca en el medio del cuerpo, y alude seguramente a la posición central de esta constelación en el firmamento. Betelgeuse se denomina también Alfa Orionis, pero es en realidad la segunda estrella más brillante de la constelación, por detrás de Rigel, llamada Beta Orionis. Sin embargo, Betelgeuse es una estrella variable y es muy posible que en el siglo XVII, cuando Johann Bayer catalogó las estrellas según su brillo, fuera más brillante que Rigel.

Betelgeuse es una supergigante roja situada a unos 640 años-luz de la Tierra; la temperatura de su superficie alcanza unos 3000 ºC. Es una estrella relativamente fría, de modo que la mayor parte de su energía se emite en forma de radiación infrarroja; la luz visible sólo representa el 13 % del total. Teniendo en cuenta la radiación total emitida por la estrella en todas las longitudes de onda, y no sólo la luz visible, Betelgeuse resulta ser el objeto más brillante del firmamento.

Representación artística de Betelgeuse
(ESO/L. Calçada, 2009)

En 1920, Betelgeuse fue la primera estrella (sin contar el Sol) de la que se pudo medir el diámetro aparente; si estuviera situada en el lugar del Sol, se extendería más allá de la órbita de Júpiter. Sin embargo, su masa es sólo unas veinte veces la del Sol, así que su densidad es cien millones de veces menor que la de nuestra estrella. Hay quien la describe como “un vacío al rojo vivo”.

Diversas medidas del diámetro de Betelgeuse han dado resultados diferentes, probablemente debido a la variabilidad de la estrella, a la inestabilidad de su atmósfera, y a que está rodeada por un envoltorio asimétrico de materia expulsada por la estrella, unas 250 veces más grande que ella misma. Este tenue envoltorio, en el que se han detectado gases como el monóxido de carbono y el vapor de agua, está formado por seis capas; la más interna, que es también la más reciente, procede de un chorro de gas del tamaño de la distancia de Neptuno al Sol que está expulsando la estrella, y que fue detectado por el interferómetro VLTI del Observatorio Austral Europeo en 2009.

A partir de 1990 se obtuvieron las primeras imágenes de la superficie de Betelgeuse, en las que aparecen manchas brillantes análogas a las que se observan en el Sol, aunque mucho más grandes: El Sol tiene millones de esas manchas, mientras que Betelgeuse tiene menos de una docena. Una de esas manchas corresponde a uno de los polos del eje de rotación de la estrella, y está unos 2000 grados más caliente que el resto de la superficie.

Como todas las estrellas gigantes, Betelgeuse tendrá una vida muy corta. Se calcula que nació hace unos siete millones de años (al mismo tiempo que los homínidos hacían su aparición en la Tierra), probablemente en la Nube Molecular de Orión, situada al sur del Cinturón de Orión. Ahora, Betelgeuse se encuentra mucho más al norte y se desplaza a una velocidad de unos 30 km/s. Pero la trayectoria actual de la estrella no apunta a su lugar de origen; es probable que la explosión de una supernova cercana alterase su curso en algún momento del pasado. La suma de la velocidad de la estrella con la del viento estelar que emite hacia delante crea una onda de choque supersónica en el medio interestelar de más de cuatro años luz de ancho. Esta onda de choque emite radiación infrarroja que, debido al enorme brillo de la propia estrella, no pudo ser detectada hasta 1997.

Seguramente Betelgeuse ya ha consumido todo el hidrógeno de su núcleo y ha empezado a fusionar núcleos de helio para formar carbono y oxígeno. En los próximos millones de años, cuando haya agotado su combustible nuclear, Betelgeuse explotará como una supernova de tipo II. Este es el destino de todas las estrellas con una masa entre 8 y 40 ó 50 veces la masa solar. En estas estrellas, una vez agotado el helio, la fusión nuclear va generando sucesivamente elementos químicos cada vez más pesados, hasta llegar al hierro. Al acumularse el hierro en el núcleo de la estrella, la fusión se detiene, puesto que la fusión de núcleos de hierro en elementos más pesados no genera energía, sino que la absorbe. Entonces la estrella colapsa bajo su propio peso. El núcleo de la estrella se convierte en una estrella de neutrones de unos veinte kilómetros de diámetro, y las capas externas rebotan y son expulsadas al espacio en una tremenda explosión.

Durante unas dos semanas, la supernova de Betelgeuse aumentará su luminosidad hasta ser más brillante que la Luna llena, y será claramente visible incluso durante el día. Permanecerá así dos o tres meses, y después se apagará rápidamente. Como el eje de rotación de Betelgeuse no apunta directamente hacia el Sistema Solar, no es probable que recibamos un destello de rayos gamma que pueda afectar a la vida en nuestro planeta. Sí nos llegará radiación ultravioleta, pero con menos intensidad que la que ya recibimos del Sol.

Si la radiación electromagnética de esta supernova no parece preocupante, no ocurrirá lo mismo con las partículas emitidas en la explosión. Cien mil años después de que la luz de la supernova llegue a la Tierra, llegarán los protones. Unos 140.000 protones por segundo y por centímetro cuadrado, con una velocidad de 10.000 kilómetros por segundo, barrerán el Sistema Solar. No son demasiados en número, el viento solar nos trae trescientos millones de protones por segundo y por centímetro cuadrado, pero la velocidad de los protones solares es mucho menor. Debido a su gran velocidad, y por tanto a su gran energía cinética, la presión del flujo de protones de la supernova será unas quinientas veces mayor que la del viento solar, y provocará el colapso de la magnetosfera del Sol hasta cerca de la órbita de la Tierra. Aunque el efecto en la superficie de nuestro planeta no será apreciable, la radiación en el espacio será tan alta que los viajes espaciales tripulados con la tecnología actual serán imposibles. El flujo de protones sólo durará unas pocas décadas, pero irá seguido por una burbuja de plasma que provocará emisiones de rayos X durante decenas de miles de años y que también complicará los viajes espaciales.

Pero todo esto no es para mañana. Aunque desde los tiempos de Ptolomeo, en el siglo II d.C, se conoce la coloración roja de Betelgeuse, los astrónomos chinos del siglo II a.C. la describieron como una estrella amarilla; si Betelgeuse era por entonces una supergigante amarilla y sólo lleva unos 2000 años como gigante roja, aún falta bastante tiempo hasta que se convierta en una supernova.