Бетельгейзе, одна из самых известных звёзд ночного неба, вновь преподнесла астрономам сюрприз. Новые радионаблюдения показали, что её огромная атмосфера слегка меняет форму, причём эти изменения могут быть связаны с движением небольшой звезды-спутника. Предполагается, что компаньон, получивший имя Сиварха, проходит через протяжённые внешние слои красного сверхгиганта и создаёт в них возмущения. Если эта интерпретация подтвердится, учёные смогут изучать влияние почти невидимой звезды на гораздо более массивного соседа.
Бетельгейзе находится примерно в 500–700 световых годах от Земли и отмечает плечо созвездия Ориона. Это красный сверхгигант — звезда на поздней стадии эволюции, значительно увеличившая свои размеры после исчерпания водорода в центральной области. Если поместить её на место Солнца, внешние слои распространились бы на расстояния, сопоставимые с орбитами внутренних планет и, в зависимости от принятой оценки радиуса, приблизились бы к орбите Юпитера. При этом её атмосфера чрезвычайно разрежена и постоянно изменяется.
Особенно пристальное внимание Бетельгейзе привлекла в конце 2019 года, когда её видимая яркость резко уменьшилась. Это событие, получившее название Великого потемнения, продолжалось до начала 2020 года и стало одним из самых необычных эпизодов в истории наблюдений звезды. Исследования связали ослабление света с выбросом вещества и последующим образованием пыли, частично заслонившей поверхность. Событие продемонстрировало, насколько динамичными могут быть внешние оболочки красных сверхгигантов.
Ещё до потемнения радионаблюдения выявили необычно низкую температуру некоторых атмосферных слоёв Бетельгейзе. Учёные предположили, что мощные конвективные движения и связанные с ними возмущения могли изменить состояние газа. Конвекцией называют перенос энергии движущимися потоками вещества, подобно циркуляции жидкости при нагревании. В огромной звезде такие процессы способны охватывать области размером в значительную часть её радиуса.
Чтобы выяснить, как изменилась атмосфера после Великого потемнения, международная группа под руководством Линн Мэтьюз использовала радиоинтерферометры VLA в США и ALMA в Чили. Исследователи объединили наблюдения, полученные в 2021–2026 годах на семи частотах от 22 до 485 гигагерц. Различные радиочастоты позволяют изучать излучение, формирующееся на разных глубинах звёздной атмосферы. Благодаря этому астрономы получили своеобразную послойную картину внешних оболочек Бетельгейзе.
Результаты показали, что атмосфера звезды в значительной степени восстановилась после необычного охлаждения, предшествовавшего Великому потемнению. На расстоянии около 2,7 радиуса звезды радиояркостная температура теперь достигает примерно 3500 кельвинов. Это сопоставимо с температурой видимой поверхности Бетельгейзе. Радиояркостная температура характеризует интенсивность наблюдаемого излучения и при определённых условиях позволяет оценивать температуру излучающего газа.
Ещё интереснее оказались измерения ближе к поверхности. Высокочастотные наблюдения ALMA подтвердили существование слоя, температура которого снижается примерно до 2200 кельвинов. Это более чем на тысячу градусов ниже температуры фотосферы — видимой поверхности звезды. Такой температурный минимум связан с областью, известной как МОЛсфера, где благодаря сравнительно низкой температуре могут существовать молекулы.
Для красного сверхгиганта подобная структура имеет особое значение. Его внешняя атмосфера не является однородной оболочкой, температура которой просто уменьшается по мере удаления от поверхности. В разных областях действуют конвекция, ударные волны, радиационный нагрев и охлаждение газа. Поэтому обнаружение холодного молекулярного слоя помогает уточнить физические модели атмосферной циркуляции и потери вещества.
Однако главным открытием стали изменения геометрии радиоизлучающей атмосферы. Исследователи обнаружили, что её видимый контур в разные моменты оказывается то более вытянутым, то более округлым. Эти изменения согласуются с предполагаемым движением близкого звёздного компаньона. Он может создавать гравитационные и гидродинамические возмущения, изменяющие распределение газа вокруг Бетельгейзе.
Существование такого спутника предложили для объяснения загадочного цикла изменения яркости продолжительностью около 2100 дней, или 5,75 года. Позднее появились независимые наблюдательные свидетельства в пользу близкого компаньона, которому дали имя Сиварха. Предполагается, что его орбита проходит на расстоянии порядка двух радиусов Бетельгейзе от её центра. Это означает, что спутник может двигаться непосредственно внутри чрезвычайно протяжённых внешних слоёв атмосферы сверхгиганта.
Такое движение напоминает катер, оставляющий след на поверхности воды. Однако в данном случае небольшая звезда перемещается через разреженный горячий газ, а её гравитационное поле и взаимодействие с окружающим веществом способны формировать возмущения. Они могут изменять плотность, температуру и распределение излучения в атмосфере. Наблюдать эти изменения значительно проще, чем обнаружить слабый свет самого спутника на фоне яркого сверхгиганта.
Астрономы сравнили степень вытянутости радиоизображений Бетельгейзе с ожидаемым положением Сивархи на орбите. Атмосфера выглядела более эллиптической, когда спутник должен был находиться на наибольшем видимом удалении от центра звезды. Когда компаньон предположительно проходил перед Бетельгейзе или позади неё, контур становился более округлым. Такая зависимость согласуется с влиянием орбитального движения спутника на внешние слои сверхгиганта.
При этом сами радионаблюдения не позволили непосредственно увидеть Сиварху. По оценкам исследователей, её ожидаемый радиосигнал значительно слабее доступного порога обнаружения. Поэтому изменение формы атмосферы рассматривается как косвенное свидетельство взаимодействия двух звёзд. Для окончательного подтверждения необходимо проследить аналогичные изменения на протяжении большей части орбитального цикла.
Открытие важно не только для изучения необычной двойной системы. Красные сверхгиганты теряют значительные количества вещества перед завершением своей эволюции, а близкие спутники могут влиять на характер этого процесса. Их гравитация способна менять распределение газа, формировать неоднородные оболочки и воздействовать на движение вещества. Понимание таких механизмов помогает объяснять, как массивные звёзды изменяют окружающее пространство.
Будущие наблюдения ALMA, VLA и более чувствительных радиоинтерферометров позволят проверить предполагаемую связь между орбитой Сивархи и изменениями атмосферы Бетельгейзе. Особенно важны измерения на частотах, соответствующих разным высотам над видимой поверхностью звезды. Пока данные поддерживают гипотезу о влиянии близкого компаньона, но не исключают полностью других причин асимметрии, включая собственные конвективные движения сверхгиганта. Бетельгейзе вновь показывает, что даже хорошо известная звезда может скрывать сложную динамическую систему, которую только начинают понимать.
А затем «Добавить на главный экран».
