Alpha Orionis (Betelgeuse)

Nota: Questa pagina è stata modificata per modificare le magnitudini delle stelle di confronto Procyon (0,5 a 0,4 V) e Aldebaran (1,1 a 0,9 V) e per aggiungere il link al grafico disponibile tramite il 10-Star Tutorial dell’AAVSO. – Elizabeth O. Waagen, 6 gennaio 2020

Betelgeuse

Atmosfera di Betelgeuse – Alpha Orionis
Telescopio spaziale Hubble – Faint Object Camera
15 gennaio 1996; A. Dupree (CfA), NASA, ESA

Dal cielo della città o della campagna, da quasi ogni parte del mondo, la maestosa figura di Orione domina in questo periodo dell’anno con la sua cintura, la spada e la clava. In alto nella sua spalla sinistra (per quelli di noi nell’emisfero nord) c’è la grande supergigante rossa pulsante, Betelgeuse (Alpha Orionis 0549+07). Di recente ha acquisito fama per essere stata la prima stella ad avere la sua atmosfera direttamente fotografata (vedi sopra), Alpha Orionis ha catturato l’attenzione degli osservatori per secoli.

La variabilità di Betelgeuse fu notata per la prima volta da Sir John Herschel nel 1836. Nel suo Outlines of Astronomy, pubblicato nel 1849, Herschel scrisse: “Le variazioni di Alpha Orionis, che erano più evidenti e inequivocabili negli anni 1836-1840, negli anni trascorsi sono diventate molto meno cospicue” Nel 1849 le variazioni iniziarono di nuovo ad aumentare in ampiezza, e nel dicembre 1852 Herschel ritenne che fosse “effettivamente la stella più grande dell’emisfero settentrionale”. Infatti, quando è al massimo, Betelgeuse sale a volte fino alla magnitudine 0,4, quando diventa una feroce concorrente di Rigel; nel 1839 e nel 1852 fu ritenuta da alcuni osservatori quasi uguale a Capella. Le osservazioni degli osservatori dell’AAVSO indicano che Betelgeuse ha probabilmente raggiunto la magnitudine 0,2 nel 1933 e di nuovo nel 1942.

Orione

Dall’isola di La Palma nell’arcipelago delle Canarie, questa immagine mostra chiaramente Orione con Betelgeuse in alto a sinistra.
Credito: A. Vannini, G. Li Causi, A. Ricciardi, A. Garatti

Alla minima luminosità, come nel 1927 e nel 1941, la magnitudine può scendere sotto 1,2. Betelgeuse è una supergigante rossa pulsante semiregolare. Si ritiene che abbia almeno le dimensioni dell’orbita di Marte e che al massimo diametro possa eguagliare l’orbita di Giove. La stella è una delle più grandi conosciute; studi spettroscopici mostrano che il diametro della stella può variare di circa il 60% durante l’intero ciclo, una differenza notevolmente maggiore del raggio dell’orbita terrestre!

Betelgeuse non è solo tra le più grandi, ma anche una delle stelle più luminose della sua classe. Ad una distanza di circa 425 anni luce, è la settima stella più luminosa dell’emisfero settentrionale. Il suo diametro, basato sulle nuove distanze recentemente riportate dal satellite HIPPARCOS dell’Agenzia Spaziale Europea, è circa 1500 volte il diametro del nostro Sole (Comunicato Stampa, 1996). Betelgeuse ha una luminosità di circa 14.000 Soli al massimo e 7600 Soli al minimo. La magnitudine assoluta di picco di Betelgeuse è circa -5,6. La temperatura superficiale è quella di una tipica supergigante rossa di tipo M, circa 3100 gradi Kelvin. Solo circa il 13% dell’energia radiante viene emessa sotto forma di luce visibile, quindi se i nostri occhi fossero sensibili alle radiazioni a tutte le lunghezze d’onda, Betelgeuse apparirebbe come la stella più luminosa del cielo. (Burnham, 1966).

Il bordo esterno dell’involucro circumstellare di Betelgeuse si estende ben oltre un trilione di chilometri dalla stella – così la luce dalla stella impiega ben due mesi per sfuggire al guscio di gas. Nella parte esterna di questo vasto globo, la densità è estremamente bassa. In volume, Betelgeuse supera il Sole di un fattore di almeno 160 milioni anche al minimo. Eppure la massa effettiva della stella non è probabilmente più di circa 20 masse solari, il che significa che la densità media deve essere nell’intervallo da .00000002 a circa .00000009 la densità del nostro Sole. Tale materiale stellare ha una densità inferiore a un decimillesimo della densità dell’aria ordinaria. Una stella di natura così tenue è stata spesso chiamata un “vuoto rovente” (Burnham, 1966).

Luci, macchina fotografica, azione . . . Betelgeuse sale sul palcoscenico!

Dall’inizio del secolo, Betelgeuse ha avuto un ruolo fondamentale nella ricerca stellare, nei test osservativi e nelle immagini fotografiche grazie alle sue enormi dimensioni e alla sua brillante luminosità.

L’interferometro a fascio di Michelson misura il diametro di Betelgeuse (1920)

Albert A. Michelson
Albert A. Michelson divenne il primo americano a ricevere il premio Nobel per la fisica, nel 1907.
Nel 1920, Betelgeuse divenne la prima stella ad avere il suo diametro misurato per mezzo dell’interferometro a raggi inventato da Albert A. Michelson. Questo strumento fu testato per la prima volta sul telescopio da 100 pollici al Monte Wilson il 13 dicembre 1920. Betelgeuse fu scelta come primo oggetto di prova poiché i calcoli teorici avevano suggerito che la stella era insolitamente grande in dimensioni. L’esperimento fu un successo e la dimensione angolare apparente di Betelgeuse fu trovata in media di circa 0,044 arcsecondi.

È importante ricordare che le misure dirette dell’interferometro possono essere utilizzate solo con stelle grandi. La maggior parte delle stelle si basa su metodi più indiretti per determinare le dimensioni stellari. Attualmente, sofisticati interferometri stanno facendo grandi progressi in astronomia. Questi strumenti, che usano un gruppo di telescopi molto distanziati le cui osservazioni separate sono combinate in una singola immagine, migliorano la risoluzione delle strutture sulle superfici stellari. L’interferometro Keck, IOTA (Infrared Optical Telescope Array) e CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) sono solo alcuni esempi di interferometri in uso oggi.

Interferometro a 20 piedi
Interferometro a fasci di Michelson

La teoria e l’uso di questo strumento è spiegato nei testi di ottica; fondamentalmente consiste in un sistema di specchi che possono essere spostati alle estremità opposte di un fascio montato attraverso la bocca del telescopio. Gli specchi terminali ricevono entrambi la luce della stella e la dirigono nel tubo principale, aumentando così l’apertura effettiva del telescopio di 8 volte o più. Quando le immagini dai due specchi finali sono sovrapposte nel campo del telescopio, si crea un modello di frange di interferenza. Come gli specchi sono spostati alternativamente verso e lontano l’uno dall’altro il modello è visto cambiare e scompare completamente in un punto. La separazione degli specchi necessaria per annullare le frange di interferenza è accuratamente misurata, e una formula ottica dà poi il diametro della sorgente di luce, in frazioni di secondo d’arco.

L’interferometria Speckle rivela variazioni di luminosità su Betelgeuse (1975)

Stella gemella

Questo è l’aspetto reale di una stella dalla superficie della terra. A causa della turbolenza atmosferica, le stelle sembrano “scintillare”. Clicca sull’immagine di Betelgeuse qui sopra per vedere come il vento e l’aria influenzano la nostra vista (dieci volte più lenta della velocità reale).
Credito: Applied Optics Group (Imperial College), telescopio Herschel 4.2-m

Betelgeuse è una delle poche stelle del cielo il cui disco reale è teoricamente nel raggio di rilevamento di grandi riflettori; il diametro angolare apparente è di circa .05 arcsecondi mentre il potere di risoluzione teorico di un riflettore da 200 pollici è circa .02 arcsecondi. A causa dell’insanabile instabilità dell’atmosfera terrestre, tuttavia, le prestazioni dei grandi riflettori a terra non raggiungono mai il limite teorico. D’altra parte, attraverso una combinazione di speciali tecniche fotografiche e il miglioramento computerizzato delle immagini, alcuni dettagli reali sul disco di Betelgeuse sono stati resi visibili per la prima volta, al Kitt Peak Natioanl Observatory, nel 1975. Utilizzando il riflettore Mayall da 158 pollici con un intensificatore d’immagine, gli astronomi hanno ottenuto delle fotografie che sono state ridotte a dati magnetici e alimentate nel sistema IPPS (Interactive Picture Processing System) che può essere regolato per migliorare qualsiasi caratteristica presente nelle immagini. Dopo aver scattato centinaia di brevi esposizioni che hanno “congelato” la distorsione atmosferica, gli astronomi hanno ricostruito da esse una singola immagine nitida di Betelgeuse. Questa tecnica, chiamata interferometria speckle, ha rivelato variazioni di luminosità sul disco di questa stella supergigante. La screziatura del disco e le grandi aree scure rivelate da questo metodo sono evidentemente caratteristiche vere della stella; rappresentano aree di diversa temperatura e intensità luminosa, paragonabili ai brillamenti luminosi e alle macchie scure viste sul nostro Sole.

L’interferometriaSpeckle rivela polvere e compagni intorno a Betelgeuse (1985)

Betelgeuse

Ricostruita dai modelli di interferenza questa immagine in falso colore di Betelgeuse rivela un “punto caldo” che potrebbe corrispondere a un’enorme colonna di gas in risalita.
Immagine per gentile concessione di David Busher e del William Herschel Telescope.

Francois e Claude Roddier hanno costruito un’immagine di Alpha Orionis e trovato indicazioni di polvere vicino alla stella supergigante rossa. I loro dati sono stati raccolti nel 1980 con un interferometro e il Canada-France-Hawaii Telescope. Per spiegare l’aspetto sbilenco di Betelgeuse, essi favoriscono l’idea che una grande frazione della luce registrata provenga da un involucro di polvere irregolare vicino al disco stellare. I dettagli del loro lavoro sono riportati in Astrophysical Journal Letters del 1 agosto 1985.

Tuttavia, la polvere non è l’unica cosa che circonda Betelgeuse. Margarita Karovska, una collaboratrice dei Roddiers che ora lavora all’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, ha annunciato nel 1985 che la famosa supergigante rossa ha due compagne vicine. I suoi risultati sono basati sul lavoro di interferometria speckle fatto nei primi anni ’80 a Kitt Peak, Arizona, e Cerro Tololo, Cile. Ha rivelato che la più interna delle due stelle orbita intorno a Betelgeuse ogni due anni circa a una distanza media di circa 5 unità astronomiche e poco si sa della compagna esterna, tranne che si trova a circa 40 o 50 unità astronomiche da Betelgeuse (dicembre 1985, Sky and Telescope).

Il telescopio spaziale Hubble cattura la prima immagine diretta di una stella (1995)

La prima immagine diretta della superficie di una stella diversa dal Sole, fu fatta nel 1995 con la Faint Object Camera del telescopio spaziale Hubble della nostra ormai famosa supergigante Betelgeuse. L’immagine di Hubble rivela un’enorme atmosfera ultravioletta con un misterioso punto caldo sulla superficie del colosso stellare. L’enorme punto luminoso, più di dieci volte il diametro della Terra, è almeno 2.000 gradi Kelvin più caldo della superficie della stella.

Betelgeuse

Atmosfera di Betelgeuse ripresa direttamente in luce ultravioletta con la Faint Object Camera il 3 marzo 1995.
Courtesy A. Dupree, R. Gilliland, and NASA.

L’immagine suggerisce che un fenomeno fisico totalmente nuovo potrebbe interessare l’atmosfera di alcune stelle. Saranno necessarie ulteriori osservazioni per aiutare gli astronomi a capire se la macchia è legata alle oscillazioni precedentemente rilevate nella stella gigante, o se si muove sistematicamente sulla superficie della stella sotto la morsa di potenti campi magnetici.

Le osservazioni sono state fatte da Andrea Dupree dell’Harvard- Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, MA, e Ronald Gilliland dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, MD, che hanno annunciato la loro scoperta al 187° meeting dell’American Astronomical Society a San Antonio, Texas.

La supergigante semiregolare

Curva di luce TLT

Clicca sull’immagine qui sopra per una curva di luce a lungo termine di Alpha Orionis.

Le variazioni di luce di Betelgeuse non sono completamente comprese, tuttavia poiché la stella è stata studiata a lungo, ci sono teorie che descrivono i fenomeni osservati. Gli astronomi pensano che gli strati esterni della stella si espandano lentamente per diversi anni e poi si restringano di nuovo, così la superficie aumenta e diminuisce alternativamente, e la temperatura sale e scende, rendendo la stella più luminosa e meno luminosa. Le supergiganti rosse pulsano in questo modo perché la loro atmosfera non è del tutto stabile. Quando la stella è più piccola, l’atmosfera assorbe un po’ troppo dell’energia che la attraversa, quindi l’atmosfera si riscalda e si espande. Mentre si espande, diventa più sottile. L’energia passa poi attraverso gli strati esterni più facilmente, così i gas si raffreddano e la stella si restringe di nuovo.

Un comunicato stampa dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics che annuncia la prima immagine diretta di una stella (Betelgeuse), suggerisce che questo evento ha nuove implicazioni per la ricerca stellare. I ricercatori hanno detto che questa nuova immagine di Betelgeuse suggerisce che un fenomeno fisico totalmente nuovo potrebbe interessare le atmosfere di alcune stelle. “Quello che vediamo su Betelgeuse è completamente diverso da quello che avviene sulla superficie del Sole”, ha detto Dupree, uno scienziato senior del CfA. “Invece di tante piccole macchie solari, troviamo un’enorme area luminosa più di 2.000 gradi K più calda della superficie circostante della stella”. Fino a quando le osservazioni di follow-up di Betelgeuse non saranno completate, tuttavia, gli astronomi non sapranno la vera natura della macchia misteriosa – o come si è formata.

Dupree spiega che la macchia potrebbe cambiare posizione nel tempo. Dupree e colleghi usando l’International Ultraviolet Explorer hanno trovato un periodo di 420 giorni, durante il quale la stella oscilla, o “suona” come una campana. Le oscillazioni, che si pensa siano causate da turbolenze sotto la superficie della stella, potrebbero causare cambiamenti nel punto luminoso. Le future oscillazioni potrebbero stimolare altri punti luminosi in diverse regioni della superficie della stella, facendola ammiccare e spegnere come le luci lampeggianti su un albero di Natale, ha detto Dupree. In alternativa, il punto potrebbe muoversi sistematicamente attraverso la superficie della stella, il che implicherebbe che la stella ha campi magnetici abbastanza forti da tenere il gas caldo del punto luminoso in posizione. Entrambi gli scenari porterebbero gli astronomi a ripensare completamente le idee attuali su come si evolvono le stelle. “Speriamo che questo lavoro apra anche la strada a una generazione di interferometri spaziali”, ha detto Dupree. Tali strumenti migliorerebbero notevolmente la risoluzione delle strutture sulle superfici stellari”.

La classe delle semiregolari

Betelgeuse è classificata come una variabile semiregolare di tipo SRc. La distinzione tra stelle Mira, Semiregolari, Irregolari e RV Tauri è un po’ confusa e di solito vengono discusse insieme a causa delle loro somiglianze. Poiché Betelgeuse è classificata come variabile semiregolare, la nostra discussione si concentrerà su questi tipi di stelle. Le variabili semiregolari sono stelle giganti e supergiganti fredde (rosse) della sequenza principale. Ci sono quattro gruppi di variabili semiregolari (SRa, b, c e d). Le descrizioni di queste classi seguono:

SRa – Queste stelle hanno periodi più lunghi di 35 giorni, ampiezze V inferiori a 2,5 magnitudini e variabilità regolare. Sono simili alle stelle Mira nella loro periodicità ma si distinguono per la loro minore ampiezza. Un tipico membro di questo sottogruppo è la stella Z Aqr.

SRb – Anche queste sono stelle di piccola ampiezza ma con meno regolarità nelle loro variazioni di luce rispetto alle stelle SRa. Le stelle SRb hanno periodi più lunghi di 20 giorni e ampiezze V inferiori a 2,5 magnitudini. Anche se la forma di un periodo è evidente, esso diventa inoperoso di tanto in tanto. Un esempio di una stella SRb è Z UMa.

SRc – Queste sono le supergiganti che sono stelle estremamente luminose. Hanno basse ampiezze e fermi occasionali. Betelgeuse è classificata come una variabile di tipo SRc.

SRd – Giganti gialle e supergiganti di classe spettrale F-K: un gruppo non molto omogeneo. Sono molto più calde delle altre semiregolari e mostrano talvolta delle irregolarità.

Sfida dell’osservatore

Sentieri di Orione

Colore delle stelle di Orione
Credit & Copyright: David Malin
La temperatura determina il colore di una stella che è drammaticamente illustrato sopra nelle scie stellari di Orione.

Betelgeuse è una stella difficile da osservare a causa del suo rossore, della mancanza di stelle di confronto ben posizionate (cioè vicine) e della piccola ampiezza. È anche meglio confrontare una stella rossa con un’altra stella rossa a circa la stessa altitudine. Sebbene sia una sfida da osservare, è incoraggiante che Betelgeuse sia così luminosa e facile da trovare. Gli osservatori potrebbero creare un programma di osservazione in cui si osserva Alpha Ori nei prossimi mesi una volta alla settimana. Cercate di non confrontare le vostre osservazioni con quelle della nostra ricerca WebObs o del Light Curve Generator per evitare distorsioni nella vostra stima e vedere se potete davvero rilevare la variabilità luminosa di questa supergigante. Gli osservatori di fotometria fotoelettrica sono particolarmente incoraggiati ad osservare questa stella di piccola ampiezza. Infatti, Betelgeuse fa parte del programma di osservazione fotoelettrica dell’AAVSO fin dai primi anni ’80. John Percy, un membro attivo dell’AAVSO, suggerisce un buon programma di osservazione di Alpha Ori in questa e-mail al forum di discussione dell’AAVSO. Quando si osserva per l’AAVSO, si prega di utilizzare la magnitudine 0,4 per Procyon (alfa CMi) e una magnitudine di 0,9 per Aldebaran (alfa Tauri). È disponibile anche una tabella in scala AAVSO. Il grafico più pratico è quello dell’AAVSO 10-Star Tutorial. L’anno prossimo, con la prima vista di Orione nel vostro cielo, assicuratevi di osservare ancora Betelgeuse. Inviate le vostre osservazioni all’AAVSO per essere inserite nel nostro database internazionale. Per ulteriore aiuto su come osservare le stelle variabili visita la nostra pagina degli osservatori, o contatta l’AAVSO.

Betelgeuse, Betelgeuse, Betelgeuse

Il nome “Betelgeuse” è un derivato corrotto della nomenclatura araba originale a causa di ripetute trascrizioni e traslitterazioni nel corso di molti secoli. Secondo George A. Davis (S&T aprile 1995, 237) la maggior parte delle persone concorda che l’ultima sillaba del nome deriva dal sostantivo arabo al-Jawza’. Il significato “originale” di questa parola designa una pecora nera con una macchia bianca al centro del corpo, tuttavia gli studiosi hanno interpretato il significato come proveniente da una parola araba simile, jauz, che significa “il centro di qualsiasi cosa” o “quello centrale”. Davis ritiene che la vera origine del nome sia Yad al-Jawza’, “il piede anteriore della pecora dal ventre bianco”, un punto diacritico mancante sotto la ya in Yad che risulta nella sillaba traslitterata bad o bed. Il cambiamento di una d in una t non ha bisogno di spiegazioni, e così si è evoluto il nome attuale, “Betelgeuse”.

Su un’interessante nota cinematografica a margine, questa “lettera all’editore” di Michael McDowell da Los Angeles, California, è apparsa nel numero di aprile 1989 della rivista Sky and Telescope. Betelgeuse: The Movie

Vorrei assicurare a tutti i lettori di Sky and Telescope che il film Beetlejuice, attualmente in videocassetta dalla Warner Bros. Infatti, dove il nome appare per iscritto nel film è reso nella sua forma ufficiale piuttosto che in quella fonetica. Dovrei saperlo – ho scritto la sceneggiatura originale!

Durante i quattro anni che ho trascorso con il progetto a Hollywood, sono stato ripetutamente compiaciuto – e in qualche modo stupito – dalla gente che rispondeva al titolo Beetlejuice con la domanda: “Oh, vuoi dire come la stella?” Qualcuno ha persino suggerito che il sequel si chiamasse Sanduleak -69 202, come il precursore della Supernova 1987A.

Speriamo che vi piaccia questa bellissima stella per i prossimi due mesi. Cercate di non confonderla con eventuali nasi rossi lampeggianti che possono trovarsi nella zona 😉 Buone vacanze a tutti!

Per maggiori informazioni

  • Burnham, Robert Jr, Dover Publications, New York, p.1280-1299, 1966.
  • Davis, G.A.; “The Meaning of Betelgeuse”, Sky and Telescope, p.237, aprile 1955.
  • Gilliland, R.; Dupree, A.K.; “First Image of the Surface of a Star with the Hubble Space Telescope”, Astrophysical Journal Letters, v. 463, p. L29, 1996.
  • Goldberg, Leo; “The Variability of Alpha Orionis”, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 96, 366-371, maggio 1984.
  • Goldberg, Leo; “Activity on Betelgeuse”, Mercury, p.82, maggio-giugno 1984.
  • Hoffmeister, C.; Richter, G.; Wenzel, W.; Variable Stars, Springer-Verlag, Berlin, pp.68-69, 1985.
  • Levy, D.; Jedicke, P.; “Betelgeuse”, Astronomy, p.7-13, aprile, 1987.
  • Letters to the Editor, “Betelgeuse: The Movie”, Sky and Telescope, p.349, 77, n.4, aprile, 1989.
  • Note informative, “Betelgeuse: Dust and Companions”, Sky and Telescope, p.547, dicembre 1985.
  • Newswire, “Spotting Betelgeuse’s Spots with Hubble”, Sky and Telescope, p.11, Aprile 1996.
  • Comunicato stampa, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, “Astronomers Capture First Direct Image of a Star”, 1996.
  • Comunicato stampa, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, HST Observations of the Pulsating Star Betelgeuse”, 1997.
  • Star Gazer di Jack Horkheimer, “A Great Big Red Star For Valentine’s Day, Slowly Beating Like A Giant Cosmic Heart”
  • A Brief History of Stellar Interferometry

La stella variabile del mese di questo mese è stata preparata da Kate Davis, AAVSO Technical Assistant, Web.

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