接近一个世纪的“追星”之旅：参宿四的伴星终被“抓拍”！

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来源：https://www.universetoday.com/articles/it-took-a-century-but-astronomers-imaged-betelgeuses-companion

编译：秦雨歆

校对：牧夫天文校对组

责任编辑：王启儒

参宿四（Betelgeuse）是位于猎户座肩膀位置的红超巨星。几十年来，天文学家一直怀疑参宿四有一颗围绕它运行的伴星。本图中间插图中的图像拍摄于 2019 年 1 月，由欧洲南方天文台（ESO）甚大望远镜（VLT）上的 SPHERE 仪器拍摄，显示的是参宿四本身。左侧插图中的图像拍摄于 2024 年 12 月，当时预测从地球上看，该伴星距离参宿四最远。在这张插图中，参宿四已被移除，揭示出了一个与参宿四 B（Betelgeuse B）特征相符的信号源（以准星标记）。

图像来源：ESO/M. Montargès et al. 背景：N. Rissinger (skysurvey.org)*

我们大多数人都很熟悉参宿四（也被称为猎户座 alpha），它是猎户座中明亮的肩膀恒星。它是一颗红超巨星，距离我们大约 400 到 550 光年，相当明亮。参宿四的质量约为太阳的 14 倍，与我们的太阳相比，它是一颗相当年轻的恒星。它的年龄似乎不超过 1000 万年，这意味着它从一颗原恒星迅速演化成了我们今天看到的红巨星。这种生命周期意味着参宿四将在相对较近的未来——比如接下来的 10 万年内——爆发为超新星。

出于所有这些（以及更多）原因，天文学家对这颗恒星非常感兴趣，几十年来一直使用来自地面和太空的多波段探测器对其进行观测。这颗恒星的亮度和脉动使得人们很难确定它随时间变化的精确直径。参宿四如此明亮的事实掩盖了任何可能被其光芒淹没的伴星，但天文学家多年来一直怀疑它的亮度（及其变化）隐藏着一颗秘密伴星。其他望远镜和技术已经找到了它的蛛丝马迹，但直到最近，几乎没有确凿的证据表明这样的一颗恒星确实存在。

这张图像是由数字化巡天 2（DSS2）的曝光数据制作的彩色合成图。视场约为 2.0 x 1.5 度。

图像来源：ESO/Digitized Sky Survey 2。致谢：Davide De Martin。

如今，使用智利甚大望远镜的天文学家首次根据 2024 年获取的图像和数据，公布了看起来是那颗伴星的最清晰图像。据领导该观测团队的天文学家米歇尔·蒙塔格斯（Miguel Montargès）表示，它被称为参宿四 B，绰号为“Siwarha”，其质量似乎约为太阳质量的 2 到 3 倍。“这是长达一个世纪探寻的结晶，”蒙塔格斯说，“老实说，我以为我们没有足够的灵敏度按照预测去检测到参宿四 B。正因为它的质量比预测的要大，我们才看到了它！”最初人们认为它的质量与太阳差不多，但新的观测表明，参宿四 B 的质量大约是太阳的 2 到 3 倍。“在一个被如此充分研究的恒星周围，我们仍然能发现一颗比太阳更大、更亮的近邻伴星，这是非凡的，”蒙塔格斯说，“这是科学中最美好的时刻之一：看到了全新的、意想不到的事物。”

这张由欧洲南方天文台（ESO）甚大望远镜（VLT）拍摄的图像，展示了很可能是参宿四 B（绰号 Siwarha）有史以来最清晰的图像，这是一颗围绕参宿四运行的恒星。该图像于 2024 年 12 月由 SPHERE 仪器拍摄，当时预测从地球上看该伴星距离参宿四最远。圆圈表示已被移除的参宿四的大小。左侧标有准星的明亮信号源与参宿四 B 相符。

图像来源：ESO/M. Montargès et al.*

天文学家长期以来一直怀疑参宿四有一颗伴星，并找到了令人心动的证据。但由于参宿四的亮度及其光度的变化，它总是很难被观测到。参宿四本身似乎嵌入在其衰老过程中抛出的不对称物质包层中。对于像这样的超巨星演化来说，这是相当正常的。发生这种情况是因为该恒星已进入其演化的一个阶段，即核心中的氢聚变已经停止。这种变化导致了目前在该恒星周围看到的物质质量损失抛射。

使用智利甚大望远镜上的 VISIR 相机拍摄的参宿四红外视图。它展示了随着参宿四衰老被抛射到太空中的物质范围。这种质量损失是其恒星演化的关键部分。中间的小红圈直径约为地球轨道直径的四倍半，代表参宿四可见表面的位置。黑色圆盘对应于图像中非常明亮的部分，该部分被遮挡以显示更暗淡的星云。

图像来源：ESO/P. Kervella*

参宿四是一颗脉动变星，随着其大小和温度的变化，其亮度会随时间发生变化。2019 年，观测者开始注意到参宿四正在经历一个意外的变暗阶段。哈勃太空望远镜的图像和数据表明，致密物质在被抛射到太空之前正在通过参宿四的大气层。观测者得出结论，随着炽热物质冷却，它形成了一团尘埃云，暂时阻挡了来自恒星的光线。天文学家还提出恒星黑子可能会使恒星变暗。这种亮度的变化极大地增加了寻找伴星的难度。哈勃对参宿四最新的观测似乎找到了强有力的证据，表明有一条致密气体轨道正在穿过该恒星的大气层。这条轨道是参宿四 B / Siwarha 在围绕与参宿四共同的质心运行交流时引起的。

当天文学家使用 ESO VLT 上的 SPHERE 仪器时，尽管参宿四非常明亮，但依然对参宿四 B 进行了直接成像。该团队使用了极限自适应光学技术，随后对数据进行了图像处理。虽然那里肯定有一颗伴星，但天文学家尚未确定它是否在引力上受其束缚。参宿四 B 似乎是一颗质量为 2.6 到 3.1 倍太阳质量的 B 型年轻主序星。

位于智利阿卡塔玛沙漠的甚大望远镜

图像来源：ESO/G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)

VLT 是第一个对该恒星直接成像的望远镜，但其他望远镜也试图看到这颗伴星，包括夏威夷的吉米尼北座望远镜。据该研究的共同作者安东尼·波卡莱蒂（Anthony Boccaletti）称，更多的观测将有助于巩固这一发现。“看到最初为了寻找系外行星而开发的 SPHERE 和先进后处理技术，在探测参宿四这样的大质量演化恒星周围的伴星方面同样出类拔萃，这令人瞩目，”波卡莱蒂说。“为了确定这颗伴星确实存在，我们一年后仍需要在恒星的另一侧对其进行观测，但现在几乎没有留下一丝怀疑的余地，”蒙塔格斯补充道。

欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜于2019年1月和12月分別拍摄的参宿四图像，记录了它有史以来亮度最剧烈减弱的变化。

图像来源： ESO/M. MONTARGÈS ET AL

参宿四最近的变暗事件引发了关于其寿命的许多疑问。天文学家曾推测这颗恒星可能正处于超新星爆发的边缘。尘埃云的发现缓解了其中的一些推测，看起来这颗恒星短期内不会将自己炸成碎片。

伴星的存在促使天文学家研究它可能会如何影响参宿四预期的超新星爆发。“这颗伴星是否会对红超巨星的演化产生影响，这确实是一个悬而未决的问题，”蒙塔格斯说。

如果参宿四的演化如预期进行，在未来 10 万年内的某个时刻，它将经历一个灾难性的质量损失阶段，剩下的部分将坍缩到恒星的核心上。这将把核心压缩成残骸——可能是中子星甚至是黑洞。爆发产生的光将在变暗之前照亮我们的夜空几个月。这颗伴星可能会在爆炸中被彻底摧毁，或者它的残骸也可能幸存下来。然而，就目前而言，随着参宿四缓缓步入晚年，天文学家将继续观测参宿四及其伴星，以最终证实 Siwarha 的存在、特性及其对这颗更大伴星的影响。

——The End——

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