Астрономы зафиксировали слабое голубое светило в непосредственной близости от красного сверхгиганта Бетельгейзе.

Наблюдения указали на объект, который, по мнению исследователей, представляет собой ранее не документированную звезду-компаньона, вращающуюся вокруг пульсирующей красной сверхгигантской звезды Бетельгейзе в рукаве созвездия Ориона.

Бетельгейзе — одно из наиболее заметных небесных светил ночного неба; его характерный красноватый оттенок узнаваем невооруженным глазом. Главный научный интерес сосредоточен на изменчивости ее яркости, проявляющейся на различных временных шкалах, и новое открытие может стать ключом к пониманию этих феноменов.

В конце 2019 — начале 2020 года Бетельгейзе пережила резкое падение светимости, побудившее астрономов предположить приближение к взрыву сверхновой. Это событие, названное «Великое затемнение», впоследствии объяснили выбросом обширного пылевого облака, временно затмившего часть звезды при взгляде с Земли.

Необычайная амплитуда затемнения усилила внимание к давним вопросам о поведении одной из самых изучаемых звезд: почему на фоне стандартной годичной пульсации у Бетельгейзе наблюдается также многогодичный шестилетний цикл.

Исследовательская группа выдвинула рабочую гипотезу и собрала новые данные. С помощью инструмента на телескопе Gemini North на Гавайях они применили специализированную технику визуализации, чтобы выделить и описать предполагаемую компаньон-звезду, которую в популярной литературе уже окрестили «Бетельбадди».

Авторы предлагают арабское имя Сивара, означающее «ее браслет» или «рука гиганта», созвучное историческим наименованиям Ориона и отражающее отношение спутницы к главной звезде.

Понимание динамики этой двойной системы — Бетельгейзе и условно именуемой Ori B — в статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters, способно пролить свет на совместную эволюцию двух значительных звездных тел.

На анимационном изображении красный сверхгигант Бетельгейзе и его голубая звезда-компаньон движутся по орбитам друг вокруг друга.

Изображение в крапинку

Масштаб Бетельгейзе превосходит привычные представления: по словам ведущего автора исследования Стива Хауэлла, старшего научного сотрудника Исследовательского центра Эймса НАСА в Калифорнии, радиус звезды превышает солнечный примерно в 700 раз, а масса — порядка 18 масс Солнца. По оценкам НАСА, при подмене нашего Солнца Бетельгейзе поглотила бы внутренние планеты и развернулась бы за орбиту Юпитера, излучая свет в 7500–14000 раз мощнее солнечного.

Возраст звезды оценивается примерно в 10 миллионов лет — это молодая, но уже эволюционно взрослая звезда: водородное топливо ядра исчерпано, и звезда расширяется по мере приближения к завершающим этапам своей жизни.

Долгосрочные наблюдения фиксировали регулярную пульсацию яркости с периодом около 416 дней, характерную для красных сверхгигантов.

Однако поверх этой основной пульсации возникла другая периодичность. «В течение десятилетий наблюдались более длительные варьирования — порядка 2170 дней (~шесть лет), которые не имели ясного объяснения», — пояснил Хауэлл в электронном письме.

В 2024 году две независимые группы предложили, что причиной многогодичной вариабельности может быть невидимая звезда-компаньон. При этом телескоп «Хаббл» и рентгеновская обсерватория «Чандра» не обнаружили явных следов спутника — яркость и угловой размер Бетельгейзе затрудняют его идентификацию.

Как отмечает Джаред Голдберг из Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрона, для одновременного визуального отделения Бетельгейзе и ее спутника требуется изображение с высокой угловой разрешающей способностью и высокой контрастностью; земная атмосфера, размывая свет, делает эту задачу сложной.

Команда Хауэлла применила спекл-томограф Alopeke — «лису» в переводе с гавайского — чтобы обойти атмосферные искажения.

«Спекл-визуализация предполагает получение множества очень коротких экспозиций», — объяснил Хауэлл. «Каждый кадр представляет собой не привычное изображение объекта, а набор ‘крапинок’ — следствие атмосферных флуктуаций».»

Обработка тысяч таких кадров позволяет устранить атмосферное размытие и восстановить изображение с разрешением, близким к дифракционному пределу телескопа, отметил Хауэлл.

Была обнаружена звезда

Во время Великого затемнения 2020 года команда не фиксировала ничего примечательного — спутник, вероятно, был скрыт за диском Бетельгейзе. Однако в декабре наблюдатели зарегистрировали слабое голубое сияние в точке, которую предсказывали модели Голдберга и отдельное исследование Моргана Маклеода из Гарвард—Смитсоновского центра астрофизики.

Спекл-изображения выявили молодой голубоватый объект — звезду, еще не начавшую устойчивую водородную термоядерную реакцию в ядре, масса которой примерно в 1,5 раза превышает массу Солнца.

Хауэлл указывает, что относительная слабость спутника — порядка 0,4% яркости Бетельгейзе — и крайне небольшое угловое разделение (приблизительно в четыре астрономические единицы) сделали его почти незаметным ранее. Для сравнения, среднее расстояние Земли от Солнца составляет около 93 миллионов миль (150 миллионов километров). Ключевым фактором, позволившим выделить объект, оказался его иной цветовой тон по сравнению с Бетельгейзе.

«Если представить две звезды как две автомобильные фары, то наша точка наблюдения эквивалентна попытке разделить два огня на дистанции десятков тысяч миль», — образно описал Хауэлл. «Короткие выдержки (по 14 миллисекунд) предотвращают пересвет Бетельгейзе, а 8-метровое зеркало Gemini обеспечивает необходимое угловое разрешение для разделения сигналов двух близких источников».

По утверждению авторов, это первый зарегистрированный случай, когда спутник вращается так близко вокруг сверхгиганта и при этом был оптически зафиксирован.

«Я был удивлен, что спутник так ясно проявился сразу после обработки», — поделился Хауэлл. «Ожидал трудностей, но он оказался прямо там».

Маклеод собрал исторические измерения лучевой скорости Бетельгейзе, начинающиеся с фотографических пластин 1896 года, и обнаружил повторяющуюся шестилетнюю компоненту, согласующуюся с наличием меньшего компаньона на орбите.

«Совмещение столетних данных позволило нам точно предсказать положение потенциального спутника», — пояснил он. «Тем не менее прямого визуального подтверждения тогда не было; уникальный подход Хауэлла и его коллег сделал первоначальное обнаружение возможным».

Маклеод, не участвовавший в новых наблюдениях, охарактеризовал результаты как впечатляющие: «даже у наиболее изученных звезд ночного неба остаются скрытые аспекты, доступные для открытия».

«Поскольку обнаружение сложное, оно находится на грани чувствительности инструмента», — добавил он. «Сильным аргументом в пользу реальности спутника стало то, что он появился именно там, где его предсказывали независимые реконструкции».

Обреченное будущее

Несмотря на согласие результатов с теоретическими прогнозами, для окончательного подтверждения необходимы повторные наблюдения: спекл-визуализация — сложная и чувствительная методика, и случайные артефакты исключать нельзя, отметил Голдберг.

Поскольку объект регистрируется близко к пределу возможностей прибора, его существование считается вероятным, но пока не бесспорным, отметил Эдвард Гинан из Университета Вилланова, не участвовавший в исследовании.

Ключевым тестом станет мониторинг движения кандидата по предполагаемой шестилетней орбите: подтверждение ожидаемого исчезновения за диском Бетельгейзе и последующего возвращения станет убедительным доказательством.

«Сейчас мы считаем, что спутник удаляется от нас и скрывается за Бетельгейзе. Существуют ясные наблюдательные сценарии для верификации: если он исчезнет и затем появится в ожидаемые сроки — это финальный тест», — отметил Голдберг.

Следующая благоприятная возможность различить звезду с помощью современных телескопов ожидается в ноябре 2027 года, когда объект окажется в наибольшем угловом удалении от поверхности Бетельгейзе.

Как и Маклеод, Голдберг с коллегами показали, что лучевая скорость Бетельгейзе колеблется в тот же шестилетний период, что и предсказания присутствия компаньона. Тем не менее детали механизма, посредством которого спутник влияет на шестилетнюю изменчивость — возможно через формирование или модуляцию окружающей пыли — остаются предметом исследований.

Северная обсерватория Джемини, одна из частей Международной обсерватории Джемини, расположена на Гавайях.

«Более тусклая фаза наблюдается, когда спутник оказывается за диском Бетельгейзе, а более яркая — когда он перед ним», — уточнил Голдберг по электронной почте. «Это не типичное затмение; наиболее правдоподобная интерпретация такова, что Бетельгейзе сама генерирует пыль, а спутник способствует процессам ее образования, а не просто унося материал».

Около трети пульсирующих красных гигантов и сверхгигантов демонстрируют сходные многогодичные вариации; если за ними стоят компаньоны, то подобные «малые спутники» могут быть более распространены, чем принято думать, полагает Голдберг. «Исследование такой пары даст ценную информацию о популяции подобных систем и об условиях формирования звезд и планет в средах, где прямые наблюдения обычно крайне затруднены».

Тем временем вопрос о сроках возможного взрыва Бетельгейзе не утратил актуальности: хотя звезда и ее спутник, вероятно, возникли одновременно, компаньон все еще находится на стадии формирования как обычная звезда. Близкая орбита, проходящая в пределах внешних слоев атмосферы Бетельгейзе, обречет его на разрушение при последующих фазах эволюции.

Рассматриваются два сценария развития: орбита спутника может постепенно сократиться, и через примерно 10 000 лет произойдет слияние с Бетельгейзе;

«В этот момент звезда и ее спутник окажутся в фактическом ‘вечном объятии'», — образно описал возможный финал Голдберг. «Если вести десятилетия точных прямых наблюдений, можно будет проверить, сокращается ли орбита и с какой скоростью».

Второй вариант — если Бетельгейзе взорвется раньше (от завтра до сотни лет и далее), то спутник будет уничтожен взрывом сверхновой, резюмировал Хауэлл. «Будущее в равной степени жестоко для обеих звезд».