獵戶座肩部那顆紅得耀眼的參宿四，終于不再獨(dú)舞。經(jīng)過近八年的追蹤，天文學(xué)家確認(rèn)了一顆隱藏的伴星正在圍繞這顆紅超巨星運(yùn)行，并且從內(nèi)部重塑著它的形態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)解開了困擾科學(xué)界數(shù)十年的亮度變化之謎，也為理解大質(zhì)量恒星的晚年生活提供了新線索。

哈佛-史密森天體物理中心的安德里亞·杜普雷領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和地面觀測(cè)設(shè)備，在參宿四周圍探測(cè)到了一條由伴星攪動(dòng)形成的氣體尾跡。這項(xiàng)成果已被《天體物理學(xué)雜志》接受發(fā)表，并于2026年1月5日在美國(guó)天文學(xué)會(huì)第247屆會(huì)議上公布。

氣體中的漣漪

參宿四距離地球約650光年，是一顆體積達(dá)太陽(yáng)400倍的紅超巨星。如果把它放在太陽(yáng)系的中心，它的外層大氣將一直延伸到火星軌道之外。正是這種龐大的尺寸和相對(duì)較近的距離，使得參宿四成為少數(shù)幾顆可以直接觀測(cè)其表面細(xì)節(jié)的恒星。

這顆名為西瓦拉的伴星質(zhì)量約為太陽(yáng)的1.5倍，遠(yuǎn)小于參宿四本身。但它的軌道非常接近，甚至穿過了參宿四延伸的外層大氣。當(dāng)伴星在這片稀薄但廣闊的氣體中穿行時(shí)，會(huì)像船只在水中航行一樣留下一道尾跡，這道尾跡由密度更高的氣體組成。

研究團(tuán)隊(duì)通過分析參宿四光譜的變化，追蹤到了這條氣體尾跡的蹤跡。光譜顯示，參宿四大氣中某些元素的視向速度出現(xiàn)了周期性變化，氣體流動(dòng)的方向也發(fā)生了偏移。這些變化大約每2100天，也就是大約6年出現(xiàn)一次，恰好對(duì)應(yīng)于伴星繞參宿四公轉(zhuǎn)的周期。

杜普雷解釋說，伴星的存在導(dǎo)致參宿四外層大氣中出現(xiàn)漣漪效應(yīng)。這不是簡(jiǎn)單的引力擾動(dòng)，而是一種復(fù)雜的流體動(dòng)力學(xué)過程。伴星穿過稀薄氣體時(shí)，會(huì)在其后方留下一條密度增強(qiáng)的軌跡。這條軌跡吸收和散射更多星光，導(dǎo)致我們觀測(cè)到的亮度和光譜特征發(fā)生變化。

2020年的大暗淡事件

參宿四進(jìn)入公眾視野的標(biāo)志性事件發(fā)生在2019年末至2020年初。在短短幾個(gè)月內(nèi)，這顆通常非常明亮的恒星失去了約三分之二的光度，亮度降至近代觀測(cè)史上的最低點(diǎn)。這一現(xiàn)象被稱為"大暗淡事件"，引發(fā)了人們對(duì)參宿四是否即將爆炸成超新星的廣泛猜測(cè)。

這幅藝術(shù)概念圖展示了紅色超巨星參宿四及其一顆環(huán)繞的伴星。從圖中可以看出，這顆伴星正順時(shí)針繞著參宿四運(yùn)行，并產(chǎn)生一股向外膨脹的濃密氣體尾跡。它距離參宿四非常近，甚至穿過了這顆超巨星延伸的外層大氣。圖中的伴星并非按比例繪制；與體積是其數(shù)百倍的參宿四相比，它只是一個(gè)針尖大小的斑點(diǎn)。伴星與參宿四的距離是根據(jù)參宿四的直徑按比例繪制的。圖片來源：藝術(shù)作品：NASA、ESA、伊麗莎白·惠特利（太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所）；科學(xué)：安德烈亞·杜普雷（哈佛-史密森天體物理中心）

后續(xù)研究表明，大暗淡事件是由一次大規(guī)模的物質(zhì)噴發(fā)造成的。參宿四表面溫度的局部下降導(dǎo)致大量氣體被拋射到太空中，這些氣體迅速冷卻并凝結(jié)成塵埃云，暫時(shí)遮擋了恒星的光芒。到2020年4月，參宿四的亮度恢復(fù)到正常水平，證實(shí)這不是超新星爆發(fā)的前兆。

但大暗淡事件激發(fā)了科學(xué)家對(duì)參宿四長(zhǎng)期行為的興趣。天文學(xué)家早就知道參宿四的亮度存在兩個(gè)主要周期：一個(gè)約400天的短周期，與恒星內(nèi)部的脈動(dòng)有關(guān)；另一個(gè)約2100天的長(zhǎng)周期，來源一直不明。有研究者提出，長(zhǎng)周期可能與一顆未被發(fā)現(xiàn)的伴星有關(guān)，但缺乏直接證據(jù)。

從理論到觀測(cè)的跨越

關(guān)于參宿四伴星的猜測(cè)由來已久。早在2025年7月，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用北雙子座望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，首次報(bào)告在參宿四附近可能探測(cè)到一個(gè)微弱的光源。但由于參宿四本身的強(qiáng)烈光芒，很難確定這個(gè)光源是真實(shí)的伴星還是儀器效應(yīng)或背景天體。

杜普雷團(tuán)隊(duì)的新研究采取了不同的策略。他們沒有試圖直接拍攝伴星，而是尋找伴星對(duì)參宿四大氣的動(dòng)力學(xué)影響。通過長(zhǎng)達(dá)近八年的連續(xù)監(jiān)測(cè)，他們?cè)趨⑺匏牡墓庾V中識(shí)別出了重復(fù)出現(xiàn)的模式，這些模式與伴星軌道周期完美吻合。

最關(guān)鍵的證據(jù)來自對(duì)氣體運(yùn)動(dòng)速度的精確測(cè)量。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，參宿四大氣中某些區(qū)域的氣體速度會(huì)周期性地增大，形成一個(gè)移動(dòng)的高速區(qū)域。這個(gè)高速區(qū)域的位置和形態(tài)隨時(shí)間演化，與理論模型預(yù)測(cè)的伴星尾跡特征一致。

這種間接探測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)在于，它不依賴于對(duì)伴星本身的直接成像，而是利用伴星對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)來推斷其存在。這類似于通過海面的波紋來推斷水下潛艇的位置，即使你看不到潛艇本身。

恒星演化的實(shí)驗(yàn)室

參宿四的發(fā)現(xiàn)對(duì)理解大質(zhì)量恒星的演化具有重要意義。紅超巨星是大質(zhì)量恒星生命末期的一個(gè)短暫階段，它們的核心已經(jīng)耗盡了氫和氦燃料，正在燃燒更重的元素。在這個(gè)階段，恒星會(huì)膨脹到驚人的尺寸，外層大氣變得極其稀薄和不穩(wěn)定。

伴星的存在顯著影響了參宿四的質(zhì)量損失過程。紅超巨星會(huì)通過恒星風(fēng)不斷向太空拋射物質(zhì)，這一過程決定了恒星最終爆炸時(shí)的質(zhì)量和爆炸類型。如果伴星能夠加速或改變質(zhì)量損失的模式，可能會(huì)影響參宿四未來超新星爆發(fā)的特征。

此外，伴星與參宿四的相互作用還可能解釋一些更微妙的觀測(cè)現(xiàn)象。例如，參宿四表面存在巨大的對(duì)流單元，直徑可達(dá)恒星半徑的很大一部分。伴星的引力可能調(diào)制這些對(duì)流模式，導(dǎo)致表面溫度和亮度的不均勻分布。

研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在2027年進(jìn)行新的觀測(cè)，那時(shí)伴星將再次從參宿四前方經(jīng)過。由于視線幾何關(guān)系的改變，屆時(shí)可能有機(jī)會(huì)直接觀測(cè)到伴星本身，或者至少能更清晰地看到它對(duì)參宿四光譜的影響。這將提供更多關(guān)于伴星質(zhì)量、溫度和軌道參數(shù)的信息。

超新星的倒計(jì)時(shí)

參宿四最終會(huì)以超新星爆炸結(jié)束其生命，但這不會(huì)在短期內(nèi)發(fā)生。根據(jù)最新的演化模型，參宿四目前可能處于氦燃燒階段，距離最終崩塌還有數(shù)十萬(wàn)年甚至上百萬(wàn)年。當(dāng)它爆炸時(shí)，將在幾個(gè)月內(nèi)與滿月一樣明亮，成為人類歷史上觀測(cè)到的最壯觀的天文事件之一。

伴星的發(fā)現(xiàn)為預(yù)測(cè)參宿四的超新星爆發(fā)提供了新的約束條件。通過分析伴星軌道的穩(wěn)定性和質(zhì)量傳輸過程，天文學(xué)家可以更準(zhǔn)確地估計(jì)參宿四的剩余壽命和爆炸方式。如果伴星在未來某個(gè)時(shí)刻與參宿四發(fā)生并合，可能會(huì)觸發(fā)更快的演化進(jìn)程。

對(duì)于距離地球650光年的參宿四來說，超新星爆發(fā)不會(huì)對(duì)地球構(gòu)成任何威脅。即使在爆發(fā)高峰期，參宿四的輻射也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以破壞臭氧層或影響地球生態(tài)。人類將有機(jī)會(huì)安全地觀賞這場(chǎng)宇宙煙火，并通過中微子探測(cè)器和引力波天文臺(tái)收集到前所未有的數(shù)據(jù)。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)運(yùn)行了30多年，仍在不斷帶來新的發(fā)現(xiàn)。參宿四伴星的確認(rèn)再次展示了長(zhǎng)期、高精度觀測(cè)的價(jià)值。在這個(gè)快節(jié)奏的時(shí)代，有些科學(xué)問題需要數(shù)年甚至數(shù)十年的耐心追蹤才能揭曉答案。