Waiting for Betelgeuse: What’s Up with the Tempestuous Star?

Have you noticed that Orion the Hunter—one of the most iconic and familiar of the wintertime constellations—is looking a little… different as of late? The culprit is its upper shoulder star Alpha Orionis, aka Betelgeuse, which is looking markedly faint, the faintest it has been for the 21st century.

When will this nearby supernova candidate pop, and what would look like if it did?

The story starts, as all good astronomy and space stories seem to, on Friday night going into a holiday weekend. We started seeing discussion on Betelgeuse trending on social media on the evening of Friday, December 20th, and dug down to the source of the excitement: a December 8th paper on ‘The Fainting of the Nearby Red Supergiant Betelgeuse’ by researchers at Villanova University. Light curve estimates courtesy of the American Association of Variable Star Observers (AAVSO) verified the assertion that the star had indeed faded about one magnitude, or a little over one half from its usual magnitude +0.5 to +1.5. Noticing the sky was clear, we headed up to our parking garage rooftop observing site in downtown Norfolk, Virginia to take a look. Betelgeuse was indeed noticeably fainter, about a shade dimmer than nearby +1st magnitude Aldebaran.

Magnitude estimates of Betelgeuse, going back to 1970. Credit: The AAVSO.

Now, a change in one magnitude isn’t unusual for a variable star such as Betelgeuse… but such a large dip always gives the astronomical community pause. A red giant star 12 times as massive as our Sun and about 700 light years distant, the variability of red-orange Betelgeuse was first noted by astronomer Sir John Herschel in 1836. Physically, the star is currently bloated out to a radius of perhaps eight Astronomical Units (AU). If you plopped it down in the center of our solar system, Betelgeuse might extend all the way out to past the orbit of Jupiter.

Our (puny) host star, versus the neighbors, including Betelgeuse. Credit: Dave Dickinson

This fact also allowed astronomers to use the first crude optical interferometric measurements from the 2.5 meter telescope at Mount Wilson Observatory to measure Betelgeuse’s physical diameter of 50 milliarcseconds. In the late 1980s, astronomers used in emerging technique of aperture masking interferometry to obtain the first direct ‘image’ of Betelgeuse.

A pulsating Betelgeuse in the ultraviolet. Credit: NASA/HST

Betelgeuse is always worth keeping an eye on, as it’s one of the closest candidates in our galaxy for a nearby supernova. We see supernovae frequently in distant galaxies, but such an event has not been witnessed in our galaxy in the telescopic era: Kepler’s Star in 1604 in the constellation Ophiuchus was the last supernova observed in the Milky Way, though a supernova in the nearby Large Magellanic Cloud put on a good show in 1987. A red giant like Betelgeuse lives fast and dies young, exhausting its supply of hydrogen fuel in just under 10 million years. The star is destined to undergo a core implosion and massive collapse and rebound as a Type II supernova. Such an explosion could occur 100,000 years from now… or tonight.

Still fading… our brief smartphone capture of Betelgeuse and Orion from Virginia Beach on Christmas Day 2019. Credit Dave Dickinson

Is the fading act a prelude to a truly spectacular show, or a false alarm? Astronomers are unsure, but a supernova event just 700-odd light-years away would be an unrepresented opportunity to study one up close. Not only would every optical telescope get trained on the exploding star, but assets such as the Laser Interferometry Gravitational Wave Observatory (LIGO) could detect gravitational waves from a nearby supernova, and neutrino observatories such as Ice Cube buried in the Antarctic ice could detect the event as well.

…and fortunately for us, we’re safely out of the 50 light-year ‘kill zone’ for receiving any inbound lethal radiation from Betelgeuse: a supernova would simply be a scientifically interesting event, and put on a good show. Ancient supernovae may have had a hand in the evolution of life on Earth, and a recent study suggests that one might even have forced early humans to walk upright. Here’s the rogues gallery list of stars that are current nearby supernovae candidates:

Nearby supernova candidates out to 1,000 light-years. Credit: Dave Dickinson

What would a supernova in Orion look like? Well, using the last supernova in the Large Magellanic Cloud (also a Type IIb event) as a guide, we calculate that when it does blow, Betelgeuse would shine at magnitude -10. That’s 16 times fainter than a Full Moon, but 100 times brighter than Venus, making it easily visible in the daytime sky. A Betelgeuse-gone-supernova would also easily cast noticeable nighttime shadows.

But see the ongoing fading event for yourself. Betelgeuse is easy to find in December, rising to the east at dusk. In fact, northern hemisphere winter is the very best time for the star to blow, as it’s roughly opposite to the Sun, and would dominate the night sky. Summer would be the worst time, as it would tease us from beyond the far side with the Sun in the daytime sky.

You can even guesstimate Betelgeuse’s brightness yourself, using the nearby stars of the Winter Hexagon asterism as a guide:

Betelgeuse, versus the stars of the Winter Hexagon with annotated magnitudes (note: this was taken prior to the current dimming event). Image credit and copyright: Steve Brown.

What’s next? Well, expect Betelgeuse to brighten again in early 2020… though if it rebounds into negative magnitude territory past Rigel and Sirius, well, then things could get really exciting.

For now though, we’re in a wait-and-see-mode for any New Year’s Eve fireworks from Betelgeuse. Such an occurrence would be bittersweet: we would be extraordinarily lucky to see Betelgeuse go supernova in our lifetime… but familiar Orion the Hunter would never look the same again.

Lead image: Orion with a fading Betelgeuse from December 21st, 2019 courtesy of Alan Dyer.

Fuente: https://www.universetoday.com/144465/waiting-for-betelgeuse-whats-up-with-the-tempestuous-star/

Detectada la luz más potente del universo

Dos telescopios de Canarias aclaran cómo suceden las mayores explosiones del cosmos

Las dos antenas de MAGIC, durante la lluvia de Perseidas en 2016. DANIEL LÓPEZ

El 14 de enero la astrofísica Elena Moretti recibió una llamada que no olvidará fácilmente. “¿Esta señal que estamos viendo es un simulacro?”, dijeron al otro lado del teléfono. Era de noche cerrada en el Observatorio del Roque de los Muchachos, una cima de origen volcánico en la isla de La Palma ideal para la observación astronómica. La científica saltó de la cama y en dos minutos estaba frente a las pantallas del centro de control. No era un simulacro: los dos telescopios MAGIC habían captado claramente un grupo de fotones —partículas de luz— que era unas 100 veces más potentes que cualquier otro detectado antes.

“Aunque lo veía delante de mis ojos no podía creerlo”, explica Moretti. Todo había comenzado tres minutos antes de las nueve de la noche, cuando dos telescopios espaciales, Swift y Fermi, detectaron un potente estallido de rayos gamma. En unos 20 segundos enviaron una alerta a la Tierra. De forma totalmente automática, las dos imponentes antenas de 64 toneladas de los telescopios MAGIC giraron sobre sí mismas 35 segundos después para apuntar justo al punto del cielo desde el que llegaba la señal, que duró unos 30 minutos.

“Esa noche nos quedamos trabajando unas cuatro horas más. La señal fue debilitándose y después desapareció detrás del horizonte. Enviamos una nota de alerta al resto de la comunidad astrofísica internacional para que intentaran seguir observándola”, recuerda la astrofísica, que trabaja en el Instituto de Física de Altas Energías, en Barcelona.

Los resultados de las observaciones de los MAGIC y de muchos otros observatorios espaciales y terrestres se publican este miércoles en la prestigiosa revista científica Nature. Dos estudios confirman que los MAGIC han sido los primeros en captar el grupo de fotones con más energía que se han observado después de un estallido de rayos gamma. Estas son las mayores explosiones del universo actual, capaces de liberar en apenas 100 segundos la misma energía que emitirá el Sol en lo que le queda de vida (unos 10.000 millones de años).

Los telescopios MAGIC, en el Observatorio del Roque de los Muchachos de la isla de La Palma. ALICIA LÓPEZ-ORAMAS

Los fotones registrados tienen una energía media de un teraelectronvoltio, un billón de veces más que los fotones convencionales que podemos ver los humanos. “Esta es la luz más potente que se ha captado teniendo en cuenta la cantidad de energía liberada y el tiempo que duró el estallido”, explica Moretti. “En el universo conocemos otras fuentes capaces de emitir luz así de potente, como los núcleos de galaxias activos [agujeros negros], pero tardan miles de millones de años en hacerlo”, destaca.

Esta detección aclara la física de las emisiones de rayos gamma y demuestra por primera vez que pueden alcanzar mucha más energía de lo que se pensaba. “Durante 20 años hemos estado recibiendo señales de fuentes de rayos gamma, unas 110 en total, pero nunca habíamos visto algo tan escandaloso, tan impresionante”, resalta María Victoria Fonseca, astrofísica de la Universidad Complutense de Madrid que trabaja en MAGIC —siglas inglesas de Telescopio de Rayos Gamma por Emisión de Radiación Cherenkov en la Atmósfera— desde que sus telescopios comenzaron a funcionar en 2004.

Los investigadores creen que el brote de rayos gamma proviene de una estrella con 10 veces más masa que el Sol que estalló tras consumir todo su combustible de hidrógeno. También han podido calcular la distancia que han viajado los fotones hasta llegar a la Tierra: 4.500 millones de años luz. Esto significa que la estrella explotó cuando se estaba formando nuestro planeta, cientos de millones de años antes de que apareciesen las primeras formas de vida.

Tras la explosión estelar se generaron dos potentes haces de rayos gamma y rayos x que salieron disparados en direcciones opuestas. Después de esta fase de emisión rápida, la metralla escupida por el astro generó una onda de choque que comprimió el medio interestelar formando plasma y un intenso campo magnético en el que los electrones quedaron atrapados en una trayectoria circular hasta alcanzar altas energías y velocidades cercanas a la de la luz. Es el fenómeno conocido como sincrotrón en el que se basan los aceleradores de partículas que, en la Tierra, permiten hacer imagen médica por rayos x o penetrar en la materia sin dañarla para descubrir pinturas ocultas en lienzos de Picasso, Van Gogh o Degas.

En 1923, el físico estadounidense Arthur Compton descubrió que un fotón podía chocar con un electrón y pasarle parte de su energía, el efecto Compton que le valió el Nobel de física en 1927. Los investigadores de MAGIC creen que lo que han observado es el efecto inverso de Compton en el que son los electrones acelerados los que ceden parte de su energía a los fotones hasta que estos rompen la barrera de los teraelectronvoltios. Es una posibilidad predicha por la teoría pero nunca confirmada hasta ahora.

"¿Por qué hemos tardado tantos años en detectar este fenómeno?”, se pregunta Bing Zhang, físico de la Universidad de Nevada (EE UU), en una opinión publicada junto a los artículos. Aunque se piensa que hay un estallido de rayos gamma al día, solo son detectables a estas energías los que son muy potentes y suceden relativamente cerca de la Tierra. Además, tiene que ser de noche y es necesario que haga buen tiempo y que la luz llegue a una zona donde haya telescopios. El físico explica que la detección de este tipo de luz se hará “rutinaria” en poco tiempo gracias al trabajo de detectores como el HAWC, en la ladera del volcán Sierra Negra (México), o la red de Telescopios Cherenkov, en La Palma y en Chile, y el observatorio de Daocheng, en China.

Fuente: https://elpais.com/elpais/2019/11/19/ciencia/1574188412_277455.html