Обречённая соседка: обнаружена звезда-компаньон Бетельгейзе

Благодаря гавайскому телескопу Gemini North астрономам удалось разгадать «загадку тысячелетия» одной из самых примечательных звёзд ночного неба — Бетельгейзе, или Альфы Ориона. Они смогли подтвердить существование возле красного сверхгиганта звезды-компаньона на очень близкой орбите, которое, впрочем, давно предполагали теоретики. Открытие даёт ответ на загадочное поведение Бетельгейзе, в частности, на её изменения яркости с периодом в несколько лет, а также позволяет понять физические механизмы, которые управляют судьбой переменных звёзд-красных сверхгигантов.

Бетельгейзе — десятая по яркости звезда на ночном небе и ближайший к Земле красный сверхгигант. Ей всего десять миллионов лет, но она находится в конце своего эволюционного пути. Звезда исчерпала запасы водородного топлива и расширилась, перейдя в класс звёзд-сверхгигантов. Сейчас её радиус в 700 раз превышает радиус Солнца; если её поместить на месте Солнца, то её поверхность будет располагаться где-то за орбитой Марса. Звезда расположена в астеризме Ориона и выделяется своим красноватым оттенком (её название в классификации Байера — Альфа Ориона). На протяжении сотен лет наблюдений заметили, что её яркость меняется со временем. Установлено, что звезда имеет два характерных периода изменений. Основной период колебаний яркости составляет около 400 дней, а более длинный вторичный период — около шести лет.

В 2019-2020 годах наблюдалось резкое снижение яркости Бетельгейзе. Это событие даже получило название «Великое потемнение». Некоторые, особенно журналисты, уверовали в то, что звезда «скоро» взорвётся (в сроки от нескольких миллионов лет до нескольких недель). Но вскоре выяснилось, что потемнение было обусловлено крупным облаком пыли, которое выбросила звезда. Про возможности Бетельгейзе в плане близкого взрыва можно прочитать в отдельной статье.

Загадку Великого потемнения решили, но событие вызвало новый интерес к изучению Бетельгейзе. Это привело к пересмотру архивных данных по наблюдениям за звездой. Одно из подобных исследований привело к выводу-гипотезе, что причиной шестилетней изменчивости Бетельгейзе может быть наличие звезды-компаньона. Разумно посчитав, что для такой задачи необходимы космические телескопы, его пробовали разглядеть в телескоп Hubble, а также при помощи рентгеновской обсерватории Чандра, но безуспешно. Между тем астрофизики пробовали оценить орбитальные параметры гипотетической звезды. Так, «известно» было (со всеми возможными оговорками), что компаньон должен иметь массу не более полутора масс Солнца, и располагаться довольно близко — буквально на расстоянии нескольких радиусов самой Бетельгейзе. Некоторый сарказм появится у читателя, если он внимательно проследит способ получения таких оценок. Оказывается, верхние оценки массы и расстояния до компаньона были сделаны исходя из НЕобнаружения указанного компаньона на разрешающих способностях инструментов «Хаббла» и «Чандры» (почти по принципу анекдота из жизни археологов: «при раскопках на городище в земле никаких кабелей не нашли, а значит, наши предки пользовались беспроводным телеграфом»).

Но если бы малая звезда-спутник существовала, предсказания её орбиты по законам небесной механики указывали на то, что для её наблюдения у астрономов имелось окно в несколько месяцев — пока звезда будет на максимальном удалении от Бетельгейзе при взгляде с Земли. После чего необходимо ждать следующие три года, пока соседка облетит её и появится с другой стороны.

Тайну удалось разгадать при помощи 8,1-метрового телескопа Gemini North на Гавайях. Серию наблюдений за звездой выполнили с использованием смонтированного на Gemini North спекл-интерферометра Alopeke.

Наблюдения проводили в 2020 и в конце 2024 года. В первый раз это происходило на пике «Великого потемнения». Как теперь мы можем понять, звезду-компаньон тогда обнаружить было нельзя, потому что она была на небесной сфере совсем близко к Бетельгейзе или за ней. Через три года звезда-спутник достигла максимального отдаления, то есть находилась в квадратуре, и именно на спекл-снимках 2024 года её удалось зафиксировать.

Анализ светового сигнала от компаньона помог определить его характеристики. Звезда на шесть звёздных величин (в 250 раз) тусклее, чем Бетельгейзе в оптическом диапазоне, её масса составляет 1,5 массы Солнца. Это, вероятно, звезда типа A или B, не дошедшая в эволюции до Главной последовательности, то есть молодая горячая сине-белая звезда, в ядре которой ещё не началось горение водорода. Орбита звезды проходит на близком расстоянии от поверхности Бетельгейзе — всего в четыре раза больше, чем расстояние от Солнца до Земли. Орбита пересекает внешние слои атмосферы сверхгиганта. Это первый случай, когда удалось выявить близкую звезду-спутник, которая вращается вокруг подобной звезды. По правилам звёздной номенклатуры звезду следует называть α Ori B (Альфа Ориона B), и астрономы-открыватели задумываются над собственным именем, пока что предлагается имя Siwarha («Её браслет») как отсылка на этимологию названия собственно Бетельгейзе.

Открытие позволяет получить более чёткое представление про жизнь и развитие этой системы. Бетельгейзе и её компаньон, вероятно, зародились одновременно. Но судьба спутника будет неудачной: он проживёт значительно меньше отпущенного ему по звёздным законам срока. Из-за близости к сверхгиганту он находится под воздействием мощных приливных сил, которые вынуждают его по спирали приближаться к Бетельгейзе. По оценкам, всего через 10 тысяч лет звезда будет поглощена. Также открытие объясняет, почему красные сверхгиганты могут периодически менять яркость на протяжении многих лет.

Следующая возможность понаблюдать за звездой-компаньоном Бетельгейзе появится в ноябре 2027 года, когда она опять будет находиться на наибольшем угловом удалении от неё на небесной сфере.