美國宇航局（NASA）哈勃太空望遠鏡的最新觀測顯示，著名紅超巨星參宿四并非“孤星”，一顆此前一直難以直接確認的隱藏伴星正在穿行其膨脹外層大氣，在恒星內部激起致密氣體尾跡，從而重塑這顆臨近生命晚期恒星的外觀與行為，這一發(fā)現(xiàn)被認為終于解開了參宿四長期以來最令人困惑的“最大謎團”。

這項研究由美國哈佛-史密森天體物理中心團隊牽頭，綜合分析了哈勃太空望遠鏡以及多臺地面望遠鏡在近八年內持續(xù)積累的觀測數(shù)據(jù)，首次給出了伴星存在及其動力學效應的直接證據(jù)。研究指出，這顆被命名為“Siwarha”的伴星在參宿四龐大的外層大氣中穿行，沿軌道方向拖曳出一條致密氣體“尾跡”，這一結構與參宿四光譜和亮度中觀測到的周期性變化高度吻合。

參宿四位于獵戶座，距離地球約650光年，是一顆體積極其龐大的紅超巨星，其體積足以容納超過4億顆太陽。由于體型巨大且距離較近，參宿四成為極少數(shù)能夠直接解析其表面與周邊大氣結構的恒星之一，被視為研究大質量恒星演化、失去質量以及最終爆發(fā)為超新星的重要“天然實驗室”。

研究團隊通過長期監(jiān)測參宿四光線的細微變化，識別出與理論模型預測相符的周期性信號，并據(jù)此鎖定了伴星的存在及其軌道周期。觀測顯示，伴星大約每2100天（約六年）在參宿四膨脹大氣中完成一次軌道運動，并在經(jīng)過恒星盤面前方后不久，在氣體環(huán)境中留下明顯的高密度尾跡結構，這一過程在光譜中表現(xiàn)為氣體速度和方向的可測量變化。

科學家指出，這種現(xiàn)象類似一艘船在水面航行時產生的尾波：伴星如同在參宿四外層大氣中“破浪前行”，在其后方拉出可被觀測到的氣體“波紋”。正是這道“尾跡”改變了參宿四外層物質分布和可見亮度，使得天文學家多年來在其光度和表面特征上觀測到復雜而難以解釋的變化模式。

事實上，參宿四亮度不規(guī)則變化的問題已困擾天文學界數(shù)十年，尤其是在2020年出現(xiàn)曾被形容為“恒星打噴嚏”的異常變暗事件后，更是引發(fā)了關于其是否即將爆發(fā)為超新星的廣泛猜測。此前的研究主要嘗試用巨型對流單元、塵埃云遮蔽、磁場效應等機制來解釋其長周期變化，而“隱藏伴星”則一直停留在缺乏直接證據(jù)的理論假設層面。

最新研究確認，參宿四存在兩個主要變化周期：一個約為400天，與恒星內部脈動有關；另一個約為2100天，則與伴星Siwarha在其膨脹大氣內部的軌道運行密切對應。此次對伴星尾跡的直接探測，首次從觀測上完整打通了從軌道運行、氣體擾動到光譜與亮度變化的物理鏈條，被視為“隱藏伴星”假說的有力證成。

研究團隊表示，這一發(fā)現(xiàn)不僅有助于重新理解參宿四自身的演化路徑，也將推動對其他紅巨星和紅超巨星長期變異行為的重新審視。在許多類似恒星系統(tǒng)中，若存在質量較低、難以直接分辨的伴星，它們可能同樣通過尾跡效應和物質交換，在決定恒星失質量速度、外層結構乃至最終超新星爆發(fā)方式方面扮演關鍵角色。

目前，從地球視角看，參宿四正處于掩食伴星的幾何構型，伴星暫時被其本體遮蔽。天文學家已經(jīng)規(guī)劃在伴星預計再度“現(xiàn)身”的2027年前后開展新一輪聯(lián)合作觀測，以獲取更多關于伴星質量、軌道參數(shù)以及與參宿四物質交換情況的細節(jié)信息。

參宿四相關成果已在美國天文學會第247屆年會上發(fā)布，并被《天體物理學雜志通訊》接收。研究人員強調，伴星尾跡的直接觀測標志著參宿四研究從“現(xiàn)象解釋”階段邁入“系統(tǒng)刻畫”階段，為構建紅超巨星晚期演化的更精細模型提供了難得的實測約束。

作為本次研究的重要工具之一，哈勃太空望遠鏡已在軌運行逾30年，仍持續(xù)在宇宙學、星系演化及恒星物理等諸多領域產出關鍵性成果。哈勃由NASA和歐洲航天局聯(lián)合運營，NASA戈達德太空飛行中心負責任務與運行管理，巴爾的摩的空間望遠鏡科學研究所則負責科學項目的組織與實施。

編譯自/ScitechDaily