隱藏的鄰居：天文學(xué)家證實(shí)參宿四附近長(zhǎng)期懷疑的伴星 _參宿四

使用由美國國家科學(xué)基金會(huì)國家海洋研究實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)的國際雙子座天文臺(tái)的一半雙子座北望遠(yuǎn)鏡上的Alopeke儀器，天文學(xué)家在參宿四周圍非常緊密的軌道上發(fā)現(xiàn)了一顆伴星。這一發(fā)現(xiàn)回答了數(shù)千年前的問題，即為什么這顆著名的恒星的亮度會(huì)經(jīng)歷大約六年的周期性變化，并提供了對(duì)其他可變紅超巨星背后物理機(jī)制的見解。伴星在這里看起來是藍(lán)色的，因?yàn)楦鶕?jù)團(tuán)隊(duì)的分析，它可能是一顆A型或B型恒星，由于高溫，這兩顆恒星都是藍(lán)白色的。圖片來源：國際雙子座天文臺(tái)/NOIRLab/NSF/AURA 。加工：M.Zamani（美國國家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab）
據(jù)天文學(xué)研究大學(xué)協(xié)會(huì)：參宿四是夜空中最亮的恒星之一，也是離地球最近的紅超巨星。它體積巨大，半徑約為太陽的700倍。盡管它只有一千萬年的歷史，按照天文學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是年輕的，但它的生命已經(jīng)很晚了。
位于獵戶座的肩部，人們用肉眼觀察參宿四已有數(shù)千年的歷史，注意到這顆恒星的亮度會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化。天文學(xué)家確定參宿四的主變率期約為400天，次變率期更長(zhǎng)，約為6年。
2019年和2020年，參宿四的亮度急劇下降，這一事件被稱為“大變暗” 。這一事件讓一些人相信超新星死亡正在迅速臨近，但科學(xué)家們能夠確定，變暗實(shí)際上是由參宿四噴出的大量塵埃云引起的。
大昏暗之謎已經(jīng)解開，但這一事件引發(fā)了人們對(duì)研究參宿四的新興趣，這帶來了對(duì)這顆恒星檔案數(shù)據(jù)的新分析。
一項(xiàng)分析促使科學(xué)家提出，參宿四六年變化的原因是伴星的存在。但當(dāng)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和錢德拉X射線天文臺(tái)搜索這顆伴星時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)任何蹤跡。
美國國家航空航天局艾姆斯研究中心的高級(jí)研究科學(xué)家史蒂夫·豪厄爾領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)天體物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次探測(cè)到這顆伴星。他們使用一種名為“Alopeke”的散斑成像儀觀察了參宿四。
Alopeke在夏威夷語中意為狐貍。..安裝在雙子座北望遠(yuǎn)鏡上，是國際雙子座天文臺(tái)的一半。
散斑成像是一種天文成像技術(shù)，它使用非常短的曝光時(shí)間來凍結(jié)地球大氣層造成的圖像失真。這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率，當(dāng)與雙子座北8.1米長(zhǎng)的鏡子的聚光能力相結(jié)合時(shí) ，可以直接探測(cè)到參宿四的微弱伴星。
對(duì)伴星光線的分析使豪厄爾和他的團(tuán)隊(duì)能夠確定伴星的特征。這項(xiàng)工作發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上。
他們發(fā)現(xiàn)，在光學(xué)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，它比參宿四暗6個(gè)星等，估計(jì)質(zhì)量約為太陽的1.5倍，它似乎是一顆A型或B型前主序星——一顆熾熱、年輕、藍(lán)白色的恒星，其核心尚未開始?xì)淙紵?。

參宿四是一顆明亮的微紅色恒星，位于獵戶座（如圖所示）的左上角。圖片來源：國際雙子座天文臺(tái)/NOIRLab/NSF/AURA 。加工：M.Zamani（美國國家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab）
這顆伴星距離參宿四表面相對(duì)較近，大約是地球和太陽距離的四倍。這一發(fā)現(xiàn)是首次探測(cè)到圍繞超巨星運(yùn)行的近距離恒星伴星。更令人印象深刻的是，這顆伴星在參宿四的外層延伸大氣層內(nèi)運(yùn)行良好，證明了“Alopeke”的驚人分辨能力。
豪厄爾說：“雙子座北方獲得高角度分辨率和鮮明對(duì)比的能力使參宿四的伴星能夠被直接探測(cè)到。” 。此外，他解釋說，Alopeke做了其他望遠(yuǎn)鏡以前從未做過的事情：“預(yù)測(cè)參宿四伴星的論文認(rèn)為，沒有人可能能夠?qū)ζ涑上?。”
這一發(fā)現(xiàn)為這顆紅超巨星的生命和未來的死亡提供了更清晰的圖景。參宿四和它的伴星可能同時(shí)誕生。然而，這顆伴星的壽命將縮短，因?yàn)閺?qiáng)大的潮汐力將導(dǎo)致它螺旋式進(jìn)入?yún)⑺匏牟⒆呦驕缤觯茖W(xué)家估計(jì)這將在未來1萬年內(nèi)發(fā)生。
這一發(fā)現(xiàn)也有助于解釋為什么類似的紅超巨星的亮度可能會(huì)經(jīng)歷多年的周期性變化。Howell分享了他對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)一步研究的希望，他說：“就高角度分辨率成像而言，這一探測(cè)是雙子座所能實(shí)現(xiàn)的極端探測(cè)，而且它奏效了。這現(xiàn)在為其他類似性質(zhì)的觀測(cè)探索打開了大門。”
美國國家科學(xué)基金會(huì)國際雙子座天文臺(tái)項(xiàng)目主任Martin Still補(bǔ)充道：“國際雙子座天文臺(tái)提供的散斑能力仍然是一個(gè)壯觀的工具，對(duì)所有天文學(xué)家開放，用于廣泛的天文學(xué)應(yīng)用。為已經(jīng)存在了數(shù)百年的參宿四問題提供解決方案將是一個(gè)令人回味的亮點(diǎn)成就。”
另一個(gè)研究參宿四伴星的機(jī)會(huì)將發(fā)生在2027年11月，屆時(shí)它將回到與參宿四最遠(yuǎn)的距離，因此最容易被探測(cè)到。Howell和他的團(tuán)隊(duì)期待在這次活動(dòng)之前和期間對(duì)參宿四進(jìn)行觀測(cè)，以更好地限制伴星的性質(zhì) 。
更多信息：參宿四恒星伴星的可能直接成像發(fā)現(xiàn)，《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》（2025）。DOI:10.3847/2041-8213/adeaaf