[비즈한국] 2019年，参宿四（Betelgeuse）突然变暗了。这种亮度变化即便用肉眼也能察觉。参宿四是一颗寿命即将走到尽头的超新星候选恒星。人们曾期待这是否意味着它终于进入了爆炸前最后的极度不稳定期。然而，无论是2019年、2020年，还是直到现在，参宿四都没有发生什么大事。2019年观测到的急剧减光事件的真相，后来已被揭开。
参宿四本身就一直处于不稳定的动荡之中。当时，参宿四表面喷发出了巨大的日冕物质，这些物质在太空中迅速冷却，形成了遮挡星光的巨大尘埃云。之后，参宿四恢复了原状，这让那些期待看到它在临死前于近距离展现超新星爆发华丽烟火的人们感到了一阵失望。
参宿四的不稳定波动由来已久。其亮度变化中混合了两种不同周期的振动。基本模式是大约420天周期的变光模式，这似乎是它的常态。此外，还混合了一种周期更长、约为2100天的缓慢微弱振动。这第二种变光模式产生的原因至今仍是个谜。一些天文学家推测，参宿四周围可能隐藏着另一颗伴星，也就是说，参宿四其实是一个双星系统。但长期以来，人们一直无法确认该伴星的身份。
然而最近，一张令人震惊的照片公开了，这似乎是人类首次直接观测到了参宿四的伴星！如果这一发现被证实，那么可以说，参宿四并非一颗独自波动、孤独死去的超巨星，它的身边有一位伙伴在见证它的临终时刻。
该如何解释参宿四亮度变化中出现的2100天周期模式呢？由于参宿四本身极度不稳定，恒星内部会发生翻天覆地的剧烈对流。正如太阳表面布满大小不一的米粒组织一样，参宿四表面可能也形成了巨大的对流胞。但仅靠对流胞很难解释具有固定周期的模式，因为对流往往是随机发生的。
人们曾怀疑是恒星表面的巨大黑子所致，但这一说法无法解释参宿四的情况。黑子是恒星表面亮度相对较低、温度较冷的区域，而2100天的变光模式反而在更热、更蓝的波段比在红色、暗淡的波段表现得更加明显。此外，即便对导致黑子的主要原因之一——磁场变化进行建模，参宿四的磁场变化周期也比2100天更长，因此仅靠黑子无法给出圆满的解释。
最终，天文学家开始推测这种长周期的波动是由隐藏在参宿四身边的伴星引起的。即伴星与参宿四周期性地相互遮挡，从而导致整体亮度发生变化。参宿四的大气层极其广阔，延伸到了伴星的轨道附近。伴星在那些被吹散到太空的尘埃云中穿行。因此，当伴星经过参宿四前方时，不仅不会遮挡光线导致变暗，反而可能因清除了遮挡的尘埃云，使亮度反而变亮。
参宿四因为极其明亮且著名，从17世纪起就一直受到观测。天文学家分析了长达近100年、一个世纪的庞大积累数据，发现2100天的变光模式一直保持得非常稳定。这成为了一个关键证据，暗示该变光模式并非源于随机的恒星表面对流或爆炸，而是源于以稳定周期公转的伴星。
当时，天文学家根据参宿四的长周期模式估算了视向速度。据此推测，一颗质量在太阳0.5到1倍之间的伴星，距离参宿四仅8个天文单位（AU）左右。但这一推测并未获得广泛支持。因为在像参宿四这样耀眼且狂暴的恒星身旁，如果真有一颗距离如此之近的伴星，想要观测到它几乎是不可能的任务。
事实上，哈勃空间望远镜、开普勒空间望远镜和盖亚空间望远镜等多种空间望远镜甚至无法直接“正视”参宿四。因为它太亮了，远超望远镜所能观测的最亮星等上限，因此甚至无法在照片中清晰成像。所以，实际上我们连它与地球的准确距离都不知道（它是距离测量误差最大的恒星之一）。在这种情况下，想要在即将爆发、发出耀眼光芒的巨大恒星旁发现一颗伴星，其难度可想而知。因此，要找到这颗伴星，需要具备能分辨极小角度的敏锐眼力的望远镜。
然而最近，一项惊人的尝试被实施了。夏威夷双子座北望远镜（Gemini North）搭载了用于分辨这种紧密相连天体的超高分辨率观测设备“Alopeke”。“Alopeke”在夏威夷语中意为“狐狸”。Alopeke并非通过长时间曝光，而是通过短于14毫秒的超短曝光拍摄，将大气湍流带来的影响降至最低。它挑战了因望远镜光学装置衍射而产生的极限分辨率。得益于此，它可以分辨出10角秒以内的极小角度，是现存单体望远镜中分辨率最高水平的设备。
通过Alopeke对参宿四的观测，终于露出了疑似隐藏在它身边的伴星。在上图中，黄色发光的参宿四旁边有一个蓝色斑点，那正是众人期待已久、认为存在伴星的位置。根据观测图像推测，该伴星质量约为太阳的1.6倍，与参宿四仅相距4个天文单位。这个距离比木星到太阳的距离还要近。伴星似乎以5.94年的周期环绕参宿四运行。不过，此次观测中确认的伴星置信水平仅为1.5西格玛。要断言伴星确实存在，证据还远远不够。但令人兴奋的是，在许多人预想伴星存在的轨道上，确实发现了某种东西。
此次发现的参宿四伴星候选天体被赋予了一个有趣的名字。参宿四（Betelgeuse）意为“巨人的手”，指夜空中猎户座的一条手臂。因此，此次发现的伴星被命名为“Siwarha”，在阿拉伯语中意为“手镯”。寓意是巨人手臂上佩戴的手镯。Siwarha似乎还处于主序前阶段，即尚未进入像太阳那样在核心进行氢核聚变的阶段，是一颗非常年轻的恒星。它看起来是一颗属于主序前阶段的蓝色前主序星。因此，它散发出更蓝的青白色光芒，内部尚未正式开始氢核聚变。参宿四2100天长周期变光模式在蓝色波段表现得尤为明显这一点，也可以通过这位“Siwarha”伴星得到合理解释。
未来，如果能建成更大、更灵敏的望远镜，参宿四隐藏的伙伴真面目终将大白于天下。此次观测也是挑战了Alopeke设备的极限，才勉强找到了踪迹。根据对Siwarha椭圆轨道的估算，它将在2027年11月左右运行至距离参宿四最远的位置。这将是最佳的观测时机。由于届时参宿四与Siwarha之间的距离拉大，两者将能被更清晰地分辨出来。
参宿四在未来1万年内发生超新星爆发的概率极高。如果参宿四爆炸，身旁的Siwarha可能会被炸得粉碎，或者在此之前被膨胀巨大的参宿四吞噬。无论如何，我们确证Siwarha存在的时间已经不多了。至少在1万年之内，在巨人的手镯消失之前，必须抓紧时间确认其存在。参宿四为何在面临死亡、奔向终点的近距离前夕表现得如此动荡且狂暴，我们终于能稍微理解其中的原因了。参宿四并非孤身一人，它是一颗一侧佩戴着手镯的双星系统。
参考
https://noirlab.edu/public/programs/gemini-observatory/gemini-north/alopeke/
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad93c8
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad87f4
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abf3c9
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adeaaf
作者池雄培（Ji Woong-bae）是谁？热爱猫咪与宇宙。儿时看过《银河铁道999》后，立志要将宇宙的美丽传播给世人。目前在延世大学银河演化研究中心及近宇宙论实验室研究星系间的相互作用与演化，并通过演讲和写作等形式开展多种科学传播活动。著有《暧昧中的天文台》、《整天想宇宙》、《星，光的科学》等书籍。