参宿四的形状随伴星Siwarha同步变化，这颗伴星就在它的大气层里运行

参宿四，那颗标记着猎户座肩膀的红超巨星，并非完美的球形，而它偏离球形的程度似乎与一颗伴星的节奏同步。最新的射电图像显示，当它的伴星Siwarha摆动到距离主星最远点时，这颗巨星的外层大气层会被拉伸成轻微的椭圆形；而当伴星从主星前方或后方经过时，大气层又会松弛回接近正圆的形状。

这一模式之所以引人注目，是因为Siwarha并非在安全距离外环绕参宿四。它穿行于这颗巨星延伸的大气层中，距离星体中心仅略大于两倍恒星半径。因此，形状的变化就像池塘水面上的涟漪，暴露出水面下有什么东西在移动。“这颗伴星的轨道如此靠近主星，以至于它实际上穿过了恒星延伸的大气层，”领导这项研究的MIT海斯塔克天文台的Lynn Matthews（林恩·马修斯）说。

同样的观测还带来了第二个结果。参宿四的大气层已基本从“大暗淡”事件中恢复，在那次事件中，参宿四的亮度降至一个多世纪记录以来的最低点。就在暗淡发生前，气体曾异常冷却，如今其温度回升至约3500开尔文，接近恒星可见表面的温度。

参宿四是距离地球最近的两颗红超巨星之一，是一颗处于生命最后阶段的巨大恒星，终有一天会以超新星形式爆发。这类恒星在爆发前如何抛散其外层物质，决定了它们留下的星云形态，而一颗伴星在这些层中穿行，则为这个故事增添了新的变量。

射电波如何让天文学家剖析恒星大气层

研究团队包括来自哈佛-史密森天体物理中心、曼彻斯特大学和欧洲南方天文台的研究人员，他们结合了两台仪器。新墨西哥州的甚大阵列覆盖较低频率，智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列覆盖较高频率。两者在2021年至2026年间的观测活动中，共同在7个频率（从22到485千兆赫）上观测了参宿四。

每个频率来自不同的深度。较高频率看到的是更靠近可见表面的气体，较低频率则看到更外层的区域，因此这组数据构建了从表面上方到数倍恒星半径处的大气层逐层图像。参宿四是天空中视直径最大的恒星之一，因此两个阵列都能将其解析为圆面而非一个点。“正是NSF甚大阵列和ALMA的惊人数据组合，才让我们在这里得到令人信服的结果，”马修斯说。“我们能够利用这些设施实际解析近邻恒星的圆面，这太神奇了。”

对于每张图像，团队都拟合了一个椭圆盘，并记录其大小、朝向、亮温度以及椭圆率，即形状偏离正圆的程度。然后，他们将椭圆率数据与伴星的预测位置（取自已发表的轨道）进行比对，并加入了来自其他射电研究的三项早期测量结果。

他们别无选择，只能间接寻找Siwarha。假设一颗恒星半径约为太阳两倍、温度约12000开尔文，它在44千兆赫下的自身射电辐射大约为0.1微央斯基，比任何合理观测时间内可探测到的强度弱十倍以上。即使在ALMA的最高频段（那里会更亮），它也低于图像中的噪声水平。在这些ALMA观测期间，伴星也几乎位于恒星正前方，距离其中心仅约23毫角秒。

更冷的层、更热的外壳，以及恢复正常的恒星

在“大暗淡”发生前几个月，马修斯领导的一项研究发现，参宿四在44千兆赫下的大气层亮温度降至30年来的最低点，这表明恒星深处对流产生的冲击波扰动了外层气体。随后，恒星抛出的物质形成了尘埃，部分遮挡了我们的视线。

新的测量显示，这些温度已恢复到过去大约三十年间射电观测的范围之内。在22千兆赫下，气体在约2.7倍恒星半径处达到约3500开尔文，与表面温度（3476至3650开尔文）相当。这个温度峰值现在位于比2016年之前测量结果更远的位置，作者认为这可能表明大气密度随高度下降的方式发生了变化。

在更靠近恒星的地方，最高频率的ALMA数据（比以往任何射电测量都更接近表面）发现，在1.2倍半径处气体温度约为2200开尔文。这比可见表面低了一千多度，证实了长期猜测的表面与上方更热色球层之间存在一个温度最低点。这个冷层与MOLsphere，一个从红外观测推断出的分子气体壳层，位置吻合。在每个频率上，射电温度也低于同一高度从紫外光推断出的温度，这表明冷气体与热的色球物质混合在一起。

作为尺度参考，参宿四在天空中的视直径约为44毫角秒。如果将其放在太阳的位置，它的可见表面将延伸到火星轨道之外。

一颗花了数十年才确定的伴星

参宿四长期以来一直以两种节奏变亮和变暗：一种约400天，另一种较慢约2100天（接近六年），后者的原因一直不明。两项独立研究得出结论，慢周期来自一颗在延伸大气层内、约2.3倍恒星半径处运行的伴星。随后，一个斑点成像团队报告了初步探测，并将其命名为Siwarha，阿拉伯语意为“她的手镯”，与参宿四自己的名字“al-Jawza之手”相呼应。该名称现已被国际天文学联合会正式认可。

更多证据随之而来。哈勃太空望远镜的紫外光谱显示了与伴星轨道一致的谱线形状和速度，其作者认为这是伴星身后留下的尾迹。最有力的确认来自欧洲南方天文台甚大望远镜上的SPHERE仪器的直接成像，它在预测位置探测到了伴星。射电结果则增加了一种不同的信号：伴星对巨星本身形状的影响。

射电图像未能解决的问题

在每个波段和每个观测时期，椭圆率都很小，而且这一趋势基于散布在轨道上的有限观测数据。作者将这一结果描述为与伴星周期性扰动一致，而非定论，并表示需要更多覆盖更广频率范围和轨道相位的观测时期来确认。

数据中还出现了一个谜团。椭圆率在不同频率上都能追踪到伴星，但最佳拟合椭圆的方向却不一致。ALMA最高频段将其长轴定在31至47度，两个较低ALMA频段约为140度，而甚大阵列约为90至120度。一种可能的解释是，每个频率采样的是三维扰动（例如哈勃数据提出的尾迹）的不同切片，但这仍有待检验。

团队还在图像中搜索了伴星预测位置附近的亮斑或不对称性，但没有发现任何能明确归因于它的特征，部分原因是某些频率的分辨率有限，以及在最清晰的观测期间伴星位置不佳。Siwarha本身的性质，包括其质量和类型，仍存在争议。如果它是一颗年轻的、会爆发的恒星，它可能在较低频率（约5至10千兆赫）产生可变的射电辐射，而这些观测并未覆盖这些频率。

关于参宿四和Siwarha的常见问题

什么是Siwarha？

Siwarha是参宿四的伴星。它在红超巨星延伸的大气层内运行，距离恒星中心约2.3倍恒星半径，大约每2100天完成一次轨道运行。它的名字在阿拉伯语中意为“她的手镯”，现在是国际天文学联合会的官方名称。

参宿四从“大暗淡”中恢复了吗？

在射电波段，基本恢复了。22和44千兆赫下的亮温度在暗淡前曾跌至30年最低点，现已恢复到过去大约三十年间测量到的范围。暗淡事件本身发生在2019年底和2020年初，使参宿四的亮度降至一个多世纪记录以来的最低点。

参宿四快要爆炸了吗？

这项研究中没有任何迹象表明超新星即将爆发。参宿四是一颗处于生命晚期的红超巨星，预计终有一天会爆炸，但这些观测追踪的是其外层大气行为，而非核心状态。

参宿四离我们有多远？

估计值存在差异。这项研究采用的距离约为222秒差距（约720光年），而其他广泛引用的数据将其定得更近，约为650光年。无论哪种情况，它都是距离地球最近的两颗红超巨星之一。

下一步是什么

该论文于2026年9月发表在《天文学杂志》上，美国国家射电天文台于10月27日公布了结果。在团队的轨道表中，伴星于2026年4月刚刚经过恒星的远侧，正朝着下一次最远分离点返回，这正是椭圆效应应该最明显的时刻。作者希望在新的观测时期中覆盖更多频率和轨道相位，并预计平方公里阵列和下一代甚大阵列将使此类测量成为常规。在那之前，在射电光中观测Siwarha的唯一方法，就是观测参宿四的形状变化。

参考文献：Matthews et al., “New Spatially Resolved Observations of Betelgeuse from the VLA and ALMA: Evidence for Atmospheric Perturbations from a Close Companion,” The Astronomical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-3881/ae953d

标签: 天文学, ALMA, Betelgeuse, Siwarha, Very Large Array, 双星