[비즈한국] 2019年，參宿四（Betelgeuse）突然變暗了。這種亮度變化即便用肉眼也能察覺。參宿四是一顆壽命即將走到盡頭的超新星候選恆星。人們曾期待這是否意味著它終於進入了爆炸前最後的極度不穩定期。然而，無論是2019年、2020年，還是直到現在，參宿四都沒有發生什麼大事。2019年觀測到的急劇減光事件的真相，後來已被揭開。
參宿四本身就一直處於不穩定的動盪之中。當時，參宿四表面噴發出了巨大的日冕物質，這些物質在太空中迅速冷卻，形成了遮擋星光的巨大塵埃雲。之後，參宿四恢復了原狀，這讓那些期待看到它在臨死前於近距離展現超新星爆發華麗煙火的人們感到了一陣失望。
參宿四的不穩定波動由來已久。其亮度變化中混合了兩種不同週期的振動。基本模式是大約420天週期的變光模式，這似乎是它的常態。此外，還混合了一種週期更長、約為2100天的緩慢微弱振動。這第二種變光模式產生的原因至今仍是個謎。一些天文學家推測，參宿四周圍可能隱藏著另一顆伴星，也就是說，參宿四其實是一個雙星系統。但長期以來，人們一直無法確認該伴星的身份。
然而最近，一張令人震驚的照片公開了，這似乎是人類首次直接觀測到了參宿四的伴星！如果這一發現被證實，那麼可以說，參宿四並非一顆獨自波動、孤獨死去的超巨星，它的身邊有一位夥伴在見證它的臨終時刻。
該如何解釋參宿四亮度變化中出現的2100天週期模式呢？由於參宿四本身極度不穩定，恆星內部會發生翻天覆地的劇烈對流。正如太陽表面佈滿大小不一的米粒組織一樣，參宿四表面可能也形成了巨大的對流胞。但僅靠對流胞很難解釋具有固定週期的模式，因為對流往往是隨機發生的。
人們曾懷疑是恆星表面的巨大黑子所致，但這一說法無法解釋參宿四的情況。黑子是恆星表面亮度相對較低、溫度較冷的區域，而2100天的變光模式反而在更熱、更藍的波段比在紅色、暗淡的波段表現得更加明顯。此外，即便對導致黑子的主要原因之一——磁場變化進行建模，參宿四的磁場變化週期也比2100天更長，因此僅靠黑子無法給出圓滿的解釋。
最終，天文學家開始推測這種長週期的波動是由隱藏在參宿四身邊的伴星引起的。即伴星與參宿四週期性地相互遮擋，從而導致整體亮度發生變化。參宿四的大氣層極其廣闊，延伸到了伴星的軌道附近。伴星在那些被吹散到太空的塵埃雲中穿行。因此，當伴星經過參宿四前方時，不僅不會遮擋光線導致變暗，反而可能因清除了遮擋的塵埃雲，使亮度反而變亮。
參宿四因為極其明亮且著名，從17世紀起就一直受到觀測。天文學家分析了長達近100年、一個世紀的龐大積累資料，發現2100天的變光模式一直保持得非常穩定。這成為了一個關鍵證據，暗示該變光模式並非源於隨機的恆星表面對流或爆炸，而是源於以穩定週期公轉的伴星。
當時，天文學家根據參宿四的長週期模式估算了視向速度。據此推測，一顆質量在太陽0.5到1倍之間的伴星，距離參宿四僅8個天文單位（AU）左右。但這一推測並未獲得廣泛支援。因為在像參宿四這樣耀眼且狂暴的恆星身旁，如果真有一顆距離如此之近的伴星，想要觀測到它幾乎是不可能的任務。
事實上，哈勃空間望遠鏡、開普勒空間望遠鏡和蓋亞空間望遠鏡等多種空間望遠鏡甚至無法直接“正視”參宿四。因為它太亮了，遠超望遠鏡所能觀測的最亮星等上限，因此甚至無法在照片中清晰成像。所以，實際上我們連它與地球的準確距離都不知道（它是距離測量誤差最大的恆星之一）。在這種情況下，想要在即將爆發、發出耀眼光芒的巨大恆星旁發現一顆伴星，其難度可想而知。因此，要找到這顆伴星，需要具備能分辨極小角度的敏銳眼力的望遠鏡。
然而最近，一項驚人的嘗試被實施了。夏威夷雙子座北望遠鏡（Gemini North）搭載了用於分辨這種緊密相連天體的超高解析度觀測裝置“Alopeke”。“Alopeke”在夏威夷語中意為“狐狸”。Alopeke並非透過長時間曝光，而是透過短於14毫秒的超短曝光拍攝，將大氣湍流帶來的影響降至最低。它挑戰了因望遠鏡光學裝置衍射而產生的極限解析度。得益於此，它可以分辨出10角秒以內的極小角度，是現存單體望遠鏡中解析度最高水平的裝置。
透過Alopeke對參宿四的觀測，終於露出了疑似隱藏在它身邊的伴星。在上圖中，黃色發光的參宿四旁邊有一個藍色斑點，那正是眾人期待已久、認為存在伴星的位置。根據觀測影象推測，該伴星質量約為太陽的1.6倍，與參宿四僅相距4個天文單位。這個距離比木星到太陽的距離還要近。伴星似乎以5.94年的週期環繞參宿四執行。不過，此次觀測中確認的伴星置信水平僅為1.5西格瑪。要斷言伴星確實存在，證據還遠遠不夠。但令人興奮的是，在許多人預想伴星存在的軌道上，確實發現了某種東西。
此次發現的參宿四伴星候選天體被賦予了一個有趣的名字。參宿四（Betelgeuse）意為“巨人的手”，指夜空中獵戶座的一條手臂。因此，此次發現的伴星被命名為“Siwarha”，在阿拉伯語中意為“手鐲”。寓意是巨人手臂上佩戴的手鐲。Siwarha似乎還處於主序前階段，即尚未進入像太陽那樣在核心進行氫核聚變的階段，是一顆非常年輕的恆星。它看起來是一顆屬於主序前階段的藍色前主序星。因此，它散發出更藍的青白色光芒，內部尚未正式開始氫核聚變。參宿四2100天長週期變光模式在藍色波段表現得尤為明顯這一點，也可以透過這位“Siwarha”伴星得到合理解釋。
未來，如果能建成更大、更靈敏的望遠鏡，參宿四隱藏的夥伴真面目終將大白於天下。此次觀測也是挑戰了Alopeke裝置的極限，才勉強找到了蹤跡。根據對Siwarha橢圓軌道的估算，它將在2027年11月左右執行至距離參宿四最遠的位置。這將是最佳的觀測時機。由於屆時參宿四與Siwarha之間的距離拉大，兩者將能被更清晰地分辨出來。
參宿四在未來1萬年內發生超新星爆發的機率極高。如果參宿四爆炸，身旁的Siwarha可能會被炸得粉碎，或者在此之前被膨脹巨大的參宿四吞噬。無論如何，我們確證Siwarha存在的時間已經不多了。至少在1萬年之內，在巨人的手鐲消失之前，必須抓緊時間確認其存在。參宿四為何在面臨死亡、奔向終點的近距離前夕表現得如此動盪且狂暴，我們終於能稍微理解其中的原因了。參宿四並非孤身一人，它是一顆一側佩戴著手鐲的雙星系統。
參考
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）是誰？熱愛貓咪與宇宙。兒時看過《銀河鐵道999》後，立志要將宇宙的美麗傳播給世人。目前在延世大學銀河演化研究中心及近宇宙論實驗室研究星系間的相互作用與演化，並透過演講和寫作等形式開展多種科學傳播活動。著有《曖昧中的天文臺》、《整天想宇宙》、《星，光的科學》等書籍。