参宿四“神秘变暗”之谜揭晓 隐藏伴星搅动恒星内部结构

美国宇航局（NASA）哈勃太空望远镜的最新观测显示，著名红超巨星参宿四并非“孤星”，一颗此前一直难以直接确认的隐藏伴星正在穿行其膨胀外层大气，在恒星内部激起致密气体尾迹，从而重塑这颗临近生命晚期恒星的外观与行为，这一发现被认为终于解开了参宿四长期以来最令人困惑的“最大谜团”。

这项研究由美国哈佛-史密森天体物理中心团队牵头，综合分析了哈勃太空望远镜以及多台地面望远镜在近八年内持续积累的观测数据，首次给出了伴星存在及其动力学效应的直接证据。研究指出，这颗被命名为“Siwarha”的伴星在参宿四庞大的外层大气中穿行，沿轨道方向拖曳出一条致密气体“尾迹”，这一结构与参宿四光谱和亮度中观测到的周期性变化高度吻合。

参宿四位于猎户座，距离地球约650光年，是一颗体积极其庞大的红超巨星，其体积足以容纳超过4亿颗太阳。由于体型巨大且距离较近，参宿四成为极少数能够直接解析其表面与周边大气结构的恒星之一，被视为研究大质量恒星演化、失去质量以及最终爆发为超新星的重要“天然实验室”。

研究团队通过长期监测参宿四光线的细微变化，识别出与理论模型预测相符的周期性信号，并据此锁定了伴星的存在及其轨道周期。观测显示，伴星大约每2100天（约六年）在参宿四膨胀大气中完成一次轨道运动，并在经过恒星盘面前方后不久，在气体环境中留下明显的高密度尾迹结构，这一过程在光谱中表现为气体速度和方向的可测量变化。

科学家指出，这种现象类似一艘船在水面航行时产生的尾波：伴星如同在参宿四外层大气中“破浪前行”，在其后方拉出可被观测到的气体“波纹”。正是这道“尾迹”改变了参宿四外层物质分布和可见亮度，使得天文学家多年来在其光度和表面特征上观测到复杂而难以解释的变化模式。

事实上，参宿四亮度不规则变化的问题已困扰天文学界数十年，尤其是在2020年出现曾被形容为“恒星打喷嚏”的异常变暗事件后，更是引发了关于其是否即将爆发为超新星的广泛猜测。此前的研究主要尝试用巨型对流单元、尘埃云遮蔽、磁场效应等机制来解释其长周期变化，而“隐藏伴星”则一直停留在缺乏直接证据的理论假设层面。

最新研究确认，参宿四存在两个主要变化周期：一个约为400天，与恒星内部脉动有关；另一个约为2100天，则与伴星Siwarha在其膨胀大气内部的轨道运行密切对应。此次对伴星尾迹的直接探测，首次从观测上完整打通了从轨道运行、气体扰动到光谱与亮度变化的物理链条，被视为“隐藏伴星”假说的有力证成。

研究团队表示，这一发现不仅有助于重新理解参宿四自身的演化路径，也将推动对其他红巨星和红超巨星长期变异行为的重新审视。在许多类似恒星系统中，若存在质量较低、难以直接分辨的伴星，它们可能同样通过尾迹效应和物质交换，在决定恒星失质量速度、外层结构乃至最终超新星爆发方式方面扮演关键角色。

目前，从地球视角看，参宿四正处于掩食伴星的几何构型，伴星暂时被其本体遮蔽。天文学家已经规划在伴星预计再度“现身”的2027年前后开展新一轮联合作观测，以获取更多关于伴星质量、轨道参数以及与参宿四物质交换情况的细节信息。

参宿四相关成果已在美国天文学会第247届年会上发布，并被《天体物理学杂志通讯》接收。研究人员强调，伴星尾迹的直接观测标志着参宿四研究从“现象解释”阶段迈入“系统刻画”阶段，为构建红超巨星晚期演化的更精细模型提供了难得的实测约束。

作为本次研究的重要工具之一，哈勃太空望远镜已在轨运行逾30年，仍持续在宇宙学、星系演化及恒星物理等诸多领域产出关键性成果。哈勃由NASA和欧洲航天局联合运营，NASA戈达德太空飞行中心负责任务与运行管理，巴尔的摩的空间望远镜科学研究所则负责科学项目的组织与实施。

编译自/ScitechDaily