Nella notte tra l’11 e il 12 dicembre 2023 si è verificato un fenomeno astronomico molto raro e che difficilmente si ripeterà nei prossimi anni: l’occultazione di Betelgeuse da parte di (319) Leona, un asteroide della fascia principale dalla forma ellissoidale le cui dimensioni sono di circa 60×80 km. Alcuni astronomi della nostra sede, in collaborazione con i soci del Gruppo Astrofili Catanesi (GAC), si sono recati in Calabria, e precisamente nella provincia di Cosenza, da dove è stato possibile osservare il fenomeno.
Le occultazioni asteroidali, cioè quando un asteroide passa proprio davanti a una stella lungo la nostra linea di vista, sono il modo migliore per studiare le proprietà fisiche di un asteroide. Bisogna tenere conto che questi corpi, generalmente di tipo transnettuniano (TNO), sono oggetti molto piccoli (al massimo qualche centinaio di chilometri) che si trovano a grande distanza (solitamente oltre 30 unità astronomiche); quindi, sono difficili da osservare in modo diretto con precisione, anche utilizzando grandi telescopi, con i quali è praticamente impossibile determinarne forma e dimensioni.
Questo tipo di occultazioni non sono fenomeni molto comuni, hanno una durata molto breve (qualche secondo al massimo), e sono difficili da prevedere con largo anticipo poiché è richiesta una buona conoscenza della “astrometria”, cioè della posizione della stella (che varia nel tempo a causa del suo moto spaziale) e, soprattutto, dell’orbita dell’asteroide. Ciò che si vede in questi casi non è l’asteroide in sé, molto più debole della stella, ma l’effetto che il suo passaggio produce sulla luce che arriva da quest’ultima. Analogamente a quello che succede durante le eclissi di Sole o il transito di un pianeta interno (Mercurio o Venere) sul disco solare, quando l’asteroide inizia a passare davanti alla stella, ne copre una frazione, facendo sì che la sua luminosità inizi a diminuire. Normalmente, il calo di luce è notevole e fa scomparire del tutto, o quasi, la stella occultata; questo perché le dimensioni apparenti delle stelle, a causa dell’enorme distanza da noi, sono molto più piccole di quelle dell’asteroide. Ci sono però delle eccezioni per stelle molto vicine e/o di grandi dimensioni, come nel caso di Betelgeuse. La particolarità di questa occultazione, infatti, al di là del fatto che viene coinvolta una delle stelle più luminose e conosciute del cielo, è che entrambi i corpi (stella e asteroide) mostrano una dimensione apparente molto simile nel cielo. Questo permette non solo di studiare l’asteroide, ma anche la stella. Da un lato, si può ottenere un’astrometria di precisione per Betelgeuse, la cui luminosità è talmente elevata che rende difficile farlo con i classici telescopi o con le missioni spaziali dedicate (come ad esempio Gaia). Dall’altra parte, analizzando la curva di luce ottenuta con diversi “filtri”, si può eseguire una sorta di mappatura del disco apparente della stella per studiare eventuali dettagli della superficie (fotosfera) della stella e del materiale espulso attorno ad essa. Bisogna tenere conto che, ad esempio, a causa della struttura della sua atmosfera esterna, la dimensione di Betelgeuse nel blu è maggiore che nel rosso, quindi la durata e la profondità del fenomeno sono diverse a seconda del filtro utilizzato per osservarlo.
Fascia di visibilità dell’occultazione sull’Europa (in alto). La linea blu segna il centro del fenomeno, dove si verifica la massima durata, mentre le linee viola segnano i limiti di occultazione, oltre i quali non è possibile osservare il fenomeno. In rosso la zona della Calabria, da dove hanno osservato i nostri astronomi. La distribuzione degli osservatori è mostrata nel dettaglio in basso (in giallo). Qui viene mostrata solo la linea di centralità (verde) con i suoi limiti (viola). Crediti: J. Alonso Santiago
Come nel caso di un’eclissi solare, la visibilità dell’occultazione è spesso limitata a una piccola striscia di superficie terrestre, dove viene proiettata l’ombra dell’asteroide. Nel caso dell’occultazione di Betelgeuse, la zona migliore per osservarla è stata l’Europa (in particolare il sud della Spagna e parte del sud Italia), dove il fenomeno è avvenuto dopo le 2 del mattino, con la stella piuttosto alta nel cielo.
Per poter caratterizzare adeguatamente questo tipo di fenomeni astronomici nella loro totalità, fare osservazioni isolate non è molto utile; mentre risulta più vantaggioso ottenere una buona copertura con più osservazioni simultanee su tutta la fascia di visibilità (da nord a sud). Sul versante italiano si sono riuniti una ventina di astronomi e astrofili che, grazie al magnifico lavoro di preparazione e coordinamento di Alfonso Noschese e Massimo Corbisiero (di AstroCampania), si sono distribuiti in diversi punti (detti anche corde) lungo la fascia di osservabilità. Per studiare la cromaticità del fenomeno, quando possibile, sono stati utilizzati più di un filtro su ogni corda. A Rossano, dove si trovavano il Dott. Antonio Frasca e il Dott. Javier Alonso Santiago (INAF-OACT), sono stati utilizzati due telescopi (un Maksutov-Cassegrain da 127 mm di diametro, e un rifrattore apocromatico da 115 mm, equipaggiati rispettivamente con un filtro Rc, che fa passare luce rossa, e un filtro B, che seleziona luce blu). A Marina di Pietrapaola, si trovavano invece il Dott. Claudio Arena (INAF OACT e presidente del GAC), il Dott. Stefano Cosentino (dottorando al Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Catania), e il giovanissimo socio GAC Santi Schilirò Rubino (studente al Liceo Scientifico “Galileo Galilei”). In questa seconda postazione, sono stati utilizzati tre telescopi con relative camere di acquisizione del Gruppo Astrofili: un Celestron C8 equipaggiato di filtro V e CMOS per occultazioni di ultimissima generazione, e due Maksutov-Cassegrain da 127 mm, di cui uno equipaggiato di filtro Rc.
Nel campo delle occultazioni astronomiche, è richiesta una grande risoluzione temporale, e quindi la tecnica utilizzata è molto diversa da quella che si usa abitualmente per fare altri tipi di osservazioni. L’occultazione viene registrata su video con il massimo numero possibile di immagini al secondo (frame rate o fps). Successivamente, viene misurata la luminosità della stella (eseguendo fotometria di apertura) in ogni singolo fotogramma in cui viene scomposto il video e, analizzando la sua variazione nel tempo, si ottiene la cosiddetta “curva di luce” del fenomeno. “Nel caso specifico dell’occultazione di Betelgeuse” – dice Frasca – “la cosa più difficile da un punto di vista tecnico (e che ha richiesto diverse prove preliminari) è stata scegliere un tempo di posa adeguato (pochi millisecondi), in modo da non saturare la stella, e allo stesso tempo ottenere un numero di immagini sufficiente per misurare con precisione l’occultazione”.
Curva di luce ricampionata dell’occultazione ottenuta nel filtro B con il rifrattore apocromatico. Crediti: J. Alonso Santiago
La forma della curva di luce ottenuta (senza zona piatta al minimo) rivela già che non si è verificata un’eclissi totale come ci si aspettava, in base alle previsioni del fenomeno e delle dimensioni apparenti di Leona e Betelgeuse, ma parziale o anulare, ossia non tutto il disco di Betelgeuse è stato occultato. “Da un’analisi preliminare delle nostre osservazioni” – spiega Alonso Santiago – “la durata del fenomeno è stata di circa 11 secondi e la profondità dell’occultazione è stata di poco superiore a una magnitudine, ben lontano dall’idea che si aveva quando si è deciso di organizzare la spedizione per osservarla, anche se devo dire che personalmente sono molto felice di aver partecipato a questo progetto”.
Se a Rossano gli astronomi non hanno percepito nessuna variazione significativa nella luminosità della stella ad occhio nudo, nella postazione di Marina di Pietrapaola, invece, sono riusciti a percepire un lieve calo di luce, forse complice anche l’assenza di nuvole.
Campo di osservazione a Marina di Pietrapaola. Crediti: C. Arena
Per coinvolgere maggiormente il pubblico, nell’ambito della citizen science (scienza dei cittadini), è stato creato StarBlink. In questo progetto, è stato creato un simulatore molto intuitivo (https://starblink.org/occult_simulator_en) per comprendere come cambia la curva di luce al variare delle dimensioni di Betelgeuse e Leona o della distanza dell’osservatore dalla linea di centralità. Nelle prossime settimane, in base all’analisi delle diverse curve di luce ottenute, tenendo conto sia dei filtri utilizzati che della posizione di ciascun osservatore, inizieranno ad essere pubblicati i primi risultati scientifici dell’occultazione.
“E’ incoraggiante vedere ancora una volta una collaborazione tra INAF e gruppi astrofili, non solo sul piano della divulgazione ma anche su quello della ricerca”, conclude Arena. “Per il GAC e’ una grande soddisfazione che un evento simile, più unico che raro, si sia aggiunto ai tanti piccoli contributi che il gruppo e’ riuscito a produrre nel tempo“.
L’occultazione di Betelgeuse riveste un interesse particolare perché è la supergigante rossa più vicina al nostro sistema solare (circa 600 anni luce); è una stella enorme, con un diametro maggiore dell’orbita di Marte, che sta bruciando carbonio nel suo nucleo e che alla fine del combustibile nucleare, stimata tra qualche migliaio e qualche decina di migliaia di anni, esploderà come una supernova che illuminerà il cielo più della luna piena.