Betelgeuse

-         Bien, estimados amigos, hoy toca hablar de otro tema caro a mis gustos. Hoy hablaremos de una estrella.

-         Si, si, Martín, ya sé, una estrella del cine o de la TV.

-         No precisamente, una estrella del firmamento.

-         Ya, sé, ya sé, del firmamento político o deportivo.

-         Pues, no. Una estrella del cielo. De las que adornan nuestras noches brillando como gemas sobre el negro terciopelo de la oscuridad.

-         ¡Ah, ya! ¿Y de que estrella nos hablarás, Martín?

-         Bueno, quiero dedicar esta nota a Betelgeuse, la estrella alfa de la constelación de Orión. Y aquí ya hay dos cosas para notar:

-         ¿Sí Martín? ¿Cuáles?

Bien, primero hablemos de qué es una constelación: Una “constelación” es un grupo de estrellas que, desde nuestro punto de vista en la Tierra, forman una figura en el cielo.

Pero, ¿Qué es exactamente?

No es un grupo real: Las estrellas de una constelación pueden estar a distancias totalmente distintas. Solo "se ven juntas" porque las miramos desde acá.

Es como conectar puntos: Imaginemos el cielo como un techo. Unimos estrellas brillantes con líneas imaginarias y nos sale un dibujo.

Hoy son 88 las constelaciones oficiales: La Unión Astronómica Internacional en 1922 dividió todo el cielo en 88 "parcelas". Cada estrella pertenece a solo 1 constelación. Sirven como mapas celestes.

-         ¿Y cómo surgieron Martín?

Surgieron por 3 razones: necesidad, historia y contar historias.

Veamos:

1.- Hace miles de años no había GPS. Los agricultores, navegantes y pastores usaban el cielo como reloj y brújula. 

Por ejemplo: Si Orión sale, se acerca el verano. Si las Pléyades están altas, es época de siembra.

2.- Para contar mitos.

Casi todas las culturas vieron dioses, héroes y animales en el cielo. 

Griegos y romanos: Nos dejaron Orión el cazador, Escorpio, Hércules, etc. De ahí vienen la mayoría de los nombres que usamos hoy.

Egipcios: Veían a Orión como Osiris.

Pueblos originarios de Argentina: Los mapuches veían un "avestruz" en la Cruz del Sur. Los guaraníes veían un "ñandú" en la Vía Láctea.

Chinos: Tenían sus propias constelaciones, muy distintas a las nuestras.

3. Para que no sea un caos.

En 1922 los astrónomos dijeron: "basta de dibujos raros". Trazaron límites exactos en el cielo, como provincias. Así cualquier astrónomo en el mundo sabe de qué parte del cielo está hablando.

Dato de color:

Las constelaciones cambian de forma muy lentamente. En 50.000 años Orión ya no se verá igual porque las estrellas se habrán movido. Pero para nosotros dura toda la vida.

En resumen: son mapas + mitología + memoria humana proyectada al cielo.

Eso, por un lado, por otro lado, quiero aclarar eso de estrella alfa de una constelación.

En una constelación dada, las estrellas, además de su nombre propio, se distinguen por las letras del alfabeto griego, alfa, beta, gama, etc. Reservando la letra alfa a la más importante en términos de brillo. Así, como dijimos, Betelgeuse, además de este nombre propio, es alfa de la constelación de Orión.

Y, respecto de esto último, no resisto contarles la inteligente figura literaria que construyó nuestro conocido de notas anteriores William Olaf Stapledon escritor y filósofo británico reconocido por sus novelas de ciencia ficción con profundas ideas filosóficas y visiones de la evolución cósmica y el futuro humano. 

Pues bien, una de las novelas de Stapledon, titulada Sirio, trata de un perro inteligente. Muy inteligente, en verdad. Y el perro es el que se llama Sirio.

-         ¿Y qué tiene eso de raro Martín?

Pues que Sirio es la estrella alfa de la constelación del Can Mayor. O sea, al perro más importante de todos los perros, Stapledon lo llama como la estrella más importante de dicha constelación.

Vale la pena que les recuerde que leer la obra de Stapledon es tiempo muy bien empleado.

Bien, para completar esta introducción queda recordar el mito de Orión, que da nombre a la constelación de la que Betelgeuse es la estrella alfa.

Para comenzar, digamos que hay varias versiones, pero la más famosa es la griega. Es una historia de caza, orgullo y traición.

Veamos:

Orión era un gigante cazador, hijo de Poseidón. Era tan fuerte que podía caminar sobre el mar. Y también era un mujeriego terrible.

Y sucedió que Orión se hizo amigo de Artemisa, la diosa de la caza. Cazaban juntos todo el día. Pero, el hermano de Artemisa, Apolo, no soportaba que su hermana anduviera con un mortal.

De modo que, Apolo, para deshacerse de Orión, le hizo una apuesta a Artemisa: A que no eres capaz de darle un flechazo a ese punto lejano en el mar. Ese "punto" era la cabeza de Orión nadando. Artemisa, sin saberlo, lanzó su flecha y dio en el blanco. Cuando vio que había matado a su amigo, quedó destrozada.

Arrepentida, Artemisa pidió a Zeus que pusiera a Orión en el cielo como constelación. Así lo hizo, justo al lado de sus perros de caza: Can Mayor y Can Menor.

¿Y qué otra versión existe?

Otra versión es que Gea, la Tierra, se enojó porque Orión dijo que podía cazar a todos los animales. Entonces mandó un escorpión gigante para matarlo. Existe la constelación de Escorpio. 

Zeus puso al escorpión también en el cielo. Por eso Orión y Escorpión nunca se ven juntos: cuando Escorpio sale por el este, Orión se está ocultando por el oeste. Están peleando para siempre.

¿Y cómo lo vemos hoy?

En el cielo, Orión es fácil de reconocer por el "Cinturón de Orión": 3 estrellas en línea. 

Arriba a la izquierda tiene a Betelgeuse rojo, y abajo a la derecha a Rigel azul.

Los pueblos originarios de Argentina también tenían su historia. Para muchos pueblos andinos, las 3 del cinturón son "los 3 reyes" o "las 3 Marías".

Así pues, se representa a Orión como un cazador gigante sujetando un escudo con el brazo izquierdo para detener el ataque de Tauro (el Toro), mientras con el brazo derecho sostiene en el aire su clava, dispuesto a matar con ella al furioso animal. Una brillante estrella señala cada uno de esos brazos. Más abajo, una brillante estrella marca cada una de sus piernas. Entre ambos hay una línea horizontal de tres estrellas luminosas que señalan su cintura (cinturón de Orión).

Veamos un gráfico ilustrativo:

Betelgeuse es la que se encuentra cerca del hombro derecho de Orión. Es la más brillante de las estrellas de la constelación, una de un característico brillante color rojo y que, como queda dicho, su nombre astronómico es Alfa de Orión (Alpha Orionis).

Bien, para comprender totalmente el tema, nos queda hablar de cosas más: la magnitud y las unidades en las que se mide la distancia en Astronomía.

Magnitud es la unidad que usan los astrónomos para medir qué tan brillante vemos una estrella desde la Tierra.

Hay 2 tipos:

- Magnitud aparente: qué tan brillante se ve desde acá. Depende de distancia y brillo real.

- Magnitud absoluta: qué tan brillante sería si todas estuvieran a 10 pársecs de distancia. Así comparamos su brillo "real".

Ejemplo: Sirio se ve súper brillante porque está cerca. Pero hay estrellas mucho más luminosas que, por estar muy lejos, se ven débiles.

Cómo funciona la escala de magnitud aparente:

1. Viene de los griegos. 

   Hiparco, hace 2000 años, dividió las estrellas en 6 grupos. Las más brillantes eran "magnitud 1" y las más débiles que veía a ojo eran "magnitud 6".

2. Hoy es matemática 

   Ahora es una escala logarítmica. Cada diferencia de 5 magnitudes = 100 veces más brillo. 

   O sea: una estrella de mag 1 es 100 veces más brillante que una de mag 6.

3. Mientras más chico el número, más brilla. 

   Esto confunde al inicio.

   - Sol: mag -26.7

   - Luna llena: mag -12.7

   - Venus: mag -4.6

   - Sirio, la estrella más brillante del cielo: mag -1.46

   - Estrellas que vemos bien: mag 0 a 2

   - Límite del ojo humano: mag 6 aprox

   - Hubble/JWST: pueden ver hasta mag 30

Y, en cuanto a las unidades en que se mide la distancia en Astronomía, digamos que son dos: el año luz y el parsec.

El año luz es la distancia que recorre la luz en un año viajando a la pasmosa velocidad de 300.000 kilómetros cada segundo. Redondeando, digamos que son 9,46 BILLONES de kilómetros. O sea, 9.460.000.000.000 de km.

Y un parsec representa 3,26 años luz, o sea, redondeando, 30,86 BILLONES de kilómetros. 36.260.000.000.000 km

En la Alta Edad Media, los victoriosos árabes se apropiaron de la ciencia griega, incluyendo la descripción del firmamento que los griegos habían hecho, y vieron también la constelación de Orión en la forma de un cazador gigante. Los árabes tenían la sensata costumbre de denominar a las estrellas según su posición en una constelación, por lo que llamaron a Alfa de Orión Yad al-yawza, que significa «brazo del gigante». Por alguna razón, algún traductor europeo de un texto árabe transliteró los símbolos árabes como bayt al-yawza («casa del gigante», lo cual carece de sentido), y lo deletreó con caracteres como Betelgeuse, que sigue siendo su nombre hasta hoy.

Pues bien, en realidad, Betelgeuse es más conocida en detalle que cualquier otra estrella, excepto nuestro Sol.

¿Por qué?

Consideremos que (siendo iguales todas las demás cosas) una estrella cercana es más probable que sea conocida con detalle que una que esté lejos, del mismo modo que la Luna fue conocida en sus detalles superficiales mucho antes de que lo fuese Marte.

Una vez más (siendo iguales las demás cosas), una estrella grande es más probable que sea conocida con cierto detalle que una pequeña; igual que la superficie de Júpiter se conocía con más detalle, hasta hace poco, que la del mucho más pequeño, pero más cercano, Fobos (uno de los dos satélites de Marte).

Si queremos, pues, saber detalles de alguna estrella que no sea nuestro Sol, debemos elegir una que sea grande y esté cerca.

Betelgeuse no es una estrella realmente cercana; es probable que existan 2.500.000 estrellas más próximas a nosotros. De todos modos, considerando que puede haber 300.000.000.000 de estrellas en nuestra galaxia, la Vía Láctea, existen 120.000 veces más estrellas en nuestra galaxia que están más lejos que Betelgeuse que estrellas que están más cerca. Por lo tanto, podemos decir que Betelgeuse se encuentra en nuestra vecindad estelar.

Por otra parte, también podemos llegar a la conclusión de que Betelgeuse es inusualmente grande, sólo mirándola sin ayuda de instrumentos. Esto puede parecer extraño, dado que todas las estrellas parecen simples puntos de luz, no sólo al ojo sin ayuda de instrumentos, sino también con el mayor de los telescopios. ¿Cómo, pues, podemos decir con tanta facilidad que un punto de luz es mayor que otro punto, sólo mirándolo sin la ayuda de instrumentos?

La respuesta es que las estrellas rojas son rojas porque sus superficies están relativamente frías. Si, no obstante, son muy brillantes, ello debe ser porque están excepcionalmente cerca de nosotros, o, si no es así, porque la superficie total es excepcionalmente grande.

Así, la estrella Próxima del Centauro (Próxima Centauri) está más cerca de nosotros que cualquier otra estrella en el firmamento, pero incluso así es insuficientemente próxima para ser visible al ojo sin ayuda de instrumentos. Es roja y fría, y además pequeña. Betelgeuse es tan roja como Próxima del Centauro, y está 150 veces más lejos que ella, pero Betelgeuse no es sólo visible sin ayuda de instrumentos, sino que se halla entre la docena de estrellas más brillantes en el cielo. Por lo tanto, debe deducirse por este solo hecho que tiene una superficie enorme.

De este modo debió de razonar el físico estadounidense, nacido en Alemania, Albert Abraham Michelson (1852-1931). En 1881, Michelson había inventado el interferómetro, un instrumento con el que se pudo medir, en 1920, el diámetro aparente de Betelgeuse. Fue la primera estrella que demostró, mediante una medición real, que era más que un punto de luz, y la noticia apareció en primera plana en el Times de Nueva York.

El diámetro aparente de Betelgeuse resultó ser de unos 0,02 segundos de arco.

¿Qué anchura representa esto?

Para que la esfera de una estrella aparezca como de un diámetro de 0,02 segundos de arco, aun cuando se encuentre a una distancia de 200 parsecs, debería tener un diámetro real de unos 600.000.000 de kilómetros, si mis cálculos son correctos. Así pues, Betelgeuse tiene un diámetro, como promedio, 430 veces mayor que el diámetro del Sol. Su volumen sería entonces 80.000.000 de veces el de nuestro Sol, lo que significa que, si imagináramos a Betelgeuse como una esfera hueca, se podrían echar en ella 80.000.000 de esferas del tamaño del Sol para que esta gran esfera se llenase (suponiendo que las pequeñas esferas formasen un conglomerado de modo que no quedase espacio entre ellas).

Si imaginásemos a Betelgeuse en el lugar de nuestro Sol, su superficie se localizaría cerca de la órbita de Marte. La posición de la Tierra se encontraría a siete décimos de la distancia desde el centro de Betelgeuse a su superficie.

Cuando se piensa en esto y se tiene en cuenta que, en la realidad, el cielo está sólo salpicado de 6.000 estrellas visibles, uno se percata de cuán vacío se halla realmente el firmamento, aun tenido en cuenta el Sol, la Luna y los seis planetas visibles.

Ahora bien, Betelgeuse es una estrella variable, es decir, que su brillo varía con el tiempo. Y más aún, no existe una periodicidad simple en la variación, por lo que se trata de una “variable irregular”. Su brillo medio es de magnitud 0,85, pero en ocasiones brilla hasta 0,4 y en otras ocasiones desciende hasta 1,3.

La razón de esta variabilidad no es misteriosa. El simple hecho de que una estrella sea una gigante roja significa que se encuentra en su fase final como estrella extendida. Dentro de poco ya no será capaz de soportar la masa de sus capas externas por la energía de las reacciones de fusión en sus profundidades y la estrella se desmoronará (con o sin explosión). El hecho de que, Betelgeuse parpadee por así decirlo, constituye otra indicación de que el final está cerca. El parpadeo se debe a la turbulencia y diversas inestabilidades que cabe esperar en una estrella que tiene problemas para autoabastecerse con suficiente calor para mantenerse en expansión. Digamos, de paso, que en una próxima nota de Policromía de Ideas charlaremos acerca de las diversas etapas que recorre una estrella a lo largo de su vida y entonces comprenderemos eso de “desmoronarse”, “estallar”, etc.

Si esto es así, debería haber cambios perceptibles en el diámetro de Betelgeuse al ser medido con el interferómetro, y los hay. El diámetro aparente varía de 0,016 a 0,023 segundos de arco.

A fin de decir lo grande que es realmente Betelgeuse, en unidades absolutas, a partir de su tamaño aparente, se debe conocer su distancia, y eso no es fácil. Las distancias estelares superiores a los 30 parsecs (100 años-luz), más a menos, resultan difíciles de determinar.

La última (y presumiblemente más de fiar) cifra para la distancia de Betelgeuse es de 200 parsecs (650 años-luz).

Podemos conseguir ahora una representación más impresionante de su pulsación. Cuando Betelgeuse se expande a su máximo, su diámetro aumentaría hasta unos 725.000.000 de kilómetros, o casi unas 500 veces el del Sol. En su mínimo, sería aún de 500.000.000 de kilómetros, o 360 veces el del Sol.

En plena expansión, la superficie de Betelgeuse, si la imaginásemos en el lugar de nuestro Sol, se hallaría en el cinturón de asteroides. Es tres veces más voluminosa en su máximo que en su mínimo. Si nos la imaginamos respirando con fuerza porque está cerca del fin de su carrera como estrella expandida, su respiración es muy fuerte.

Dando por supuesto que, en realidad, Betelgeuse es una estrella gigante (pertenece, de hecho, a una clase de estrellas a las que llamamos «gigantes rojas»), ¿cómo puede compararse en tamaño aparente con otras estrellas que son más pequeñas, pero que están más cerca?

Tamaño comparativo de algunas estrellas. Nótese que el Sol es casi imperceptible.

Por ejemplo, ya he dicho que Próxima del Centauro es la estrella más cercana a nosotros. Forma parte de un grupo de tres estrellas, la mayor de las cuales es Alfa del Centauro A. Alfa del Centauro A es casi exactamente del tamaño de nuestro Sol, y a su distancia de 1,35 parsecs (1/150 la de Betelgeuse) su diámetro aparente sería sólo de 0,0035 segundos de arco, menos de un quinto del de Betelgeuse. Aunque Alfa del Centauro A esté tan cerca, su diminuto tamaño no le permite mostrarse tan grande como la distante y gigante Betelgeuse.

Sirio es más grande que Alfa del Centauro A, pero se halla aún más lejos y su tamaño aparente es de sólo unos 0,0032 segundos de arco. Arturo tiene un diámetro de 32.000.000 de kilómetros (23 veces el del Sol), pero se encuentra a 11 parsecs de distancia y su diámetro aparente es de 0,0095 segundos de arco, mientras que Aldebárán posee un diámetro de 50.000.000 de kilómetros (36 veces el del Sol), pero está a una distancia de 16 parsecs, por lo que su diámetro aparente es de 0,011, exactamente la mitad que el de Betelgeuse.

Por lo tanto, no existe ninguna estrella lo suficientemente grande o lo suficientemente cercana (o ambas cosas) para rivalizar con Betelgeuse. La que se acerca más es otra gigante roja, Antares, en la constelación del Escorpión. Se encuentra a una distancia de 130 parsecs, es decir, más cercana que Betelgeuse, pero aun así es levemente más apagada que Betelgeuse, a pesar de la ventaja de estar más cerca, y por lo tanto debe ser apreciablemente más pequeña.

En realidad, Antares, a la distancia que está, tendría un diámetro aparente de 0,002 segundos de arco, lo que es igual al valor medio de Betelgeuse, pero Antares no late de manera apreciable. Por tanto, es más pequeña en tamaño aparente que Betelgeuse en su máximo.

En resumen, de todas las estrellas, Betelgeuse es la segunda, después del Sol, en tamaño aparente.

Betelgeuse tiene una temperatura superficial de 3.200° K, en comparación con la temperatura superficial de nuestro Sol de 5.700° K. Betelgeuse se encuentra al rojo vivo, mientras que nuestro Sol está al rojo blanco. Si la temperatura superficial del Sol descendiese de repente a 3.200° K, aparte del hecho de que su luz enrojecería, ofrecería una iluminación total de una intensidad de sólo 1/43 de la actual. (Recordemos que el símbolo °K significa grados Kelvin de temperatura y su relación con los grados centígrados es °C = °K – 273.

Sin embargo, Betelgeuse tiene una superficie 185.000 veces mayor que la del Sol, y aunque cada porción del tamaño del Sol da sólo 1/43 de la iluminación de nuestro Sol, la estrella entera resplandece con una luz 4.300 veces mayor que la del Sol.

Como hemos dicho, los astrónomos emplean el término «magnitud absoluta» para representar el brillo que una estrella mostraría si se encontrase a 10 parsecs de la Tierra. Si pudiésemos ver nuestro Sol desde una distancia de 10 parsecs, tendría una magnitud absoluta de 4,7, con lo que sería más bien apagada y una estrella nada espectacular.

Por otra parte, si Betelgeuse avanzase hacia nosotros hasta una distancia de 10 parsecs, resplandecería con una magnitud absoluta de -5,9. Brillaría, rojiza, con un brillo 4 1/3 veces el de Venus en su máxima brillantez.

Tendría entonces un diámetro aparente de 0,4 segundos de arco, lo que sería enorme para una estrella (aparte de nuestro Sol), pero seguiría pareciendo meramente un punto de luz. A fin de cuentas, el planeta Júpiter tiene un diámetro aparente de 50 segundos de arco, y aun así parece un simple punto luminoso si se mira sin ayuda de instrumentos.

A pesar del enorme tamaño y brillo de Betelgeuse, en cierto modo no es por completo el gigante que parece. ¿Qué pasa, por ejemplo, con su masa, la cantidad de materia que contiene?

Sin duda tiene más masa que el Sol, pero no enormemente más. En realidad, se estima que tiene 16 veces más masa que el Sol. Sólo 16 veces. Esta masa de 16 Soles se extiende en un volumen que es, como promedio, 80.000.000 de veces el del Sol. La densidad media de Betelgeuse, por tanto, debe ser 16/80.000.000 o 1/5.000.000 la del Sol.

Esto es mucho menos de lo que cabía esperar, puesto que representa más o menos 1/4.500 de la densidad del aire que estamos respirando. Cuando Betelgeuse se encuentra en su máxima expansión, la cantidad de materia que contiene se extiende en un volumen aún más grande, y su densidad media es entonces de 1/7.000 la del aire.

Si pudiésemos absorber en un contenedor todo el aire menos el 1/4.500, estaría justificado que hablásemos del resultado como un vacío. No sería un vacío absoluto, ni siquiera uno muy fuerte, pero sería suficiente vacío en el sentido práctico cotidiano de esa palabra. Sería bastante natural, pues considerar a Betelgeuse (o a cualquier gigante rojo) como una especie de vacío al rojo vivo.

De todos modos, Betelgeuse (o cualquier estrella) no es densa de modo regular en toda su masa. Una estrella es menos densa en su superficie, y esa densidad aumenta, con mayor o menor regularidad, a medida que se penetra debajo de esa superficie, y posee, naturalmente, la mayor densidad en el centro. La temperatura también llega al máximo en el centro.

Ésta es pues la situación con Betelgeuse. En su centro se halla un núcleo de carbono-oxígeno que está a una temperatura de 100.000.000° K (en comparación con los 15.000.000° K en el centro del Sol). Esto no representa calor suficiente para hacer que el carbono y oxígeno se fusionen en núcleos más complicados.

¿Y cuál será el destino de Betelgeuse?

Una estrella considerablemente más grande que el Sol -como Betelgeuse- explotará con la suficiente violencia para ser una supernova. Los restos comprimidos se derrumbarán sobrepasando el estadio de enana. blanca y se convertirán en una estrella neutrónica o incluso, tal vez, en un agujero negro. Veremos que son estas etapas de una estrella en la futura nota que les he prometido.

Sin duda, éste es el destino que hay que esperar de Betelgeuse en un futuro comparativamente próximo, pero para los astrónomos, el «futuro próximo» podría significar 100.000 años, así que no pasen las noches en vela para verlo.

 

Bien, hasta aquí llegamos hoy. Espero que Betelgeuse haya sido del interés de todos ustedes, de modo que me despido: ¡Hasta la próxima (¿del Centauro?)!