Круглая или вытянутая: как атмосфера Бетельгейзе выдаёт спутника, которого не видно в радиоволнах

В октябре 2024 года радиоизлучающий диск Бетельгейзе на частоте 22 ГГц был заметно вытянут: 120,7 на 108,1 миллисекунды дуги, эллиптичность 10,4%. В апреле 2026-го на той же частоте он выглядел почти круглым: 114,9 на 113,1, эллиптичность 1,6%. Звезда за это время не вспыхнула и не погасла. Изменилась форма её атмосферы.

Именно эти изменения и разбирает работа группы Линн Мэтьюз (Lynn D. Matthews) из обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института. Самого компаньона Бетельгейзе в радиоволнах не видно: расчёт показывает, что он слишком слаб для нынешних приёмников. Зато видно, как по-разному вытянута атмосфера в разные месяцы, и этот ритм совпадает с движением небольшой звезды Сивархи по орбите внутри газовой оболочки.

Бетельгейзе, α Ориона, — один из двух ближайших к нам красных сверхгигантов, около 222 парсек. Её угловой диаметр на длине волны 2,2 мкм составляет 44,2 миллисекунды дуги, поэтому звезду можно не регистрировать как точку, а строить по слоям. Разные радиочастоты выходят из газа на разной высоте: субмиллиметровые лучи приходят из области около 1,2 радиуса звезды, сантиметровые — из слоёв в несколько радиусов. Интерферометрия превращается в вертикальный разрез атмосферы.

Вопрос, ради которого делалась работа, звучит почти детективно: как найти звезду, которая сама по себе слишком тусклая для радиоинтерферометра? Ответ строится не на поиске её собственного сигнала, а на поиске деформации, которую она оставляет в атмосфере хозяина.

Что снимали и как считали

Наблюдения велись на семи частотах — 22, 44, 107, 136, 224, 338 и 485 ГГц — на комплексах VLA (Very Large Array, радиоинтерферометр в США) и ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, комплекс в Чили). Данные набирались с 2021 по 2026 год. На 22 и 44 ГГц VLA снимал в 2023 и 2024 годах, а в 2026-м — только на 22 ГГц. ALMA дала 2021 год на 107 и 136 ГГц и 2023 год на 224, 338 и 485 ГГц. Выводы опираются не на один удачный снимок, а на набор эпох, разнесённых во времени.

Главным инструментом были не изображения, а подгонка модели к интерферометрическим данным (видимостям). Размер, форму и поток авторы получали, описывая звезду двумерным однородным эллиптическим диском в задаче OMFIT пакета AIPS. В статье сказано: «Мы измерили размер, форму и плотность потока Бетельгейзе в каждой полосе наблюдений, подгоняя двумерную модель однородного эллиптического диска к данным видимостей». Эллиптичность считалась как e = (θa − θb)/θa, то есть нормированная разница между большой и малой осями диска.

Модель намеренно простая, и авторы это оговаривают: «Недавние исследования с высоким разрешением ясно показали, что радиоизлучающая поверхность Бетельгейзе неоднородна и отклоняется от сферической симметрии». Однородный эллипс здесь нужен, чтобы описать общую форму одним числом, а не нарисовать портрет всех пятен.

Где искали спутника

Сиварха — не открытие этой статьи. В первичной работе сказано, что две независимые публикации 2024 и 2025 годов пришли к гипотезе о близком компаньоне, который объясняет длинный вторичный период блеска около 2100 суток. Затем гипотеза получила поддержку прямыми оптическими наблюдениями.

В 2025 году группа Стива Хауэлла сообщила о вероятном обнаружении кандидата методом спекл-интерферометрии на телескопе Gemini North: звезда примерно на шесть звёздных величин слабее Бетельгейзе в оптике, масса оценивалась около 1,5 массы Солнца. В 2026 году группа Мигеля Монтаржеса получила изображение кандидата на VLT/SPHERE и подняла оценку массы до примерно 2–3 масс Солнца. Сами авторы этой работы оговариваются: «Случай пока не считается полностью закрытым. Астрономы хотят ещё одно наблюдение, которое покажет кандидата в компаньоны там, где его орбита предсказывает его следующее появление».

Радиостатья добавляет независимую линию свидетельств. Орбита Сивархи по модели 2025 года имеет большую полуось около 50 миллисекунд дуги, или примерно 2,3 радиуса звезды. Компаньон движется не снаружи атмосферы, а внутри радиоизлучающих слоёв. Для каждого эпизода наблюдений авторы рассчитали, где спутник должен проецироваться на небо в этот момент, и сопоставили это положение с измеренной эллиптичностью.

Форма идёт в такт орбите

Связь оказалась фазовой. Когда Сиварха, по расчётам, находится на наибольшем видимом удалении от звезды, диск выглядит более вытянутым. Когда компаньон проходит перед диском или за ним с нашей точки зрения, атмосфера выглядит круглее. Пресс-релиз Национальной радиоастрономической обсерватории США формулирует это так: звезда «становится заметно более вытянутой вблизи моментов, когда компаньон должен находиться на наибольшем видимом удалении, и более круглой, когда компаньон должен проходить перед звездой или за ней».

Сама статья осторожнее: «Результаты согласуются с периодическими возмущениями атмосферы компаньоном». Согласуются — не то же самое, что доказано. Альтернативные механизмы авторы не исключают.

Насколько велик эффект? Эллиптичность во всех полосах остаётся примерно на уровне 10% или ниже, но систематически не равна нулю. На 44 ГГц она меняется по эпохам: 0,024 ± 0,002 в сентябре 2023 года, 0,043 ± 0,002 в другой эпохе того же года, 0,104 ± 0,003 в октябре 2024-го. На 22 ГГц максимум 0,104 ± 0,002 приходится на 2024 год, минимум 0,016 ± 0,001 — на апрель 2026-го. Информацию об орбитальной фазе несут именно эти сдвиги, а не абсолютное значение.

Почему спутник вообще деформирует свечение? Авторы обсуждают гравитационные, ионизационные и динамические возмущения, но не разделяют их вклад количественно. На низких частотах, где сказывается звёздный ветер и область его ускорения, распределение излучения на больших радиусах тоже может зависеть от следа компаньона, то есть от протяжённой возмущённой области за движущимся телом.

Почему спутник не видно в радио

Собственное тепловое излучение Сивархи в этих полосах слишком слабое. Если принять радиус компаньона 2 радиуса Солнца и температуру 12 000 К, поток на 44 ГГц составил бы около 0,1 микронъянского, больше чем на порядок ниже достижимого уровня при разумном времени накопления на VLA. На 338 ГГц прогноз около 5,4 микронъянского, на 485 ГГц около 11; шум изображений в этих полосах 29,3 и 134,7 микронъянского на пиксель. Авторы прямо пишут, что прямого радиоаналога компаньона в их данных нет.

Есть и вторая причина, мешающая прямому поиску: геометрия. В эпохи наблюдений ALMA в 2023 году Сиварха, по эфемеридам, проецировалась всего в 23–26 миллисекундах дуги от центра звезды, то есть почти на диск. Даже будь она ярче, её сигнал терялся бы на фоне самой Бетельгейзе.

Что ещё показали эти наблюдения

Радиоданные дали и самостоятельный результат — про восстановление атмосферы после Великого потускнения 2019–2020 годов. На 22 и 44 ГГц температура яркости после исторического минимума 2019 года выросла и вернулась к значениям, типичным для последних трёх десятилетий. На 22 ГГц это около 3500 К, что сопоставимо с эффективной температурой фотосферы (3476–3650 К). Кроме того, яркостная температура достигает максимума на большем радиусе, чем в измерениях до 2016 года: примерно на 2,7 радиуса звезды и дальше, а не около 50 миллисекунд дуги, как раньше.

Второй результат — подтверждение температурного минимума между фотосферой и хромосферой. На 485 ГГц, ближе к поверхности, чем позволяли прежние радиоизмерения, средняя яркостная температура падает примерно до 2220 К на радиусе около 1,2 радиуса звезды. Это более чем на 1200 К холоднее номинальной фотосферы, и по положению слой совпадает с молекулярной оболочкой, известной как MOLsphere. Такой минимум предсказывался моделями холодных звёзд и раньше подтверждался по данным ALMA 2017 года на 338 ГГц, но теперь его удалось проследить ближе к поверхности.

Спектральный индекс по интегральному потоку составил α = 1,35 ± 0,03, в согласии с прежними измерениями на сантиметровых волнах и без признаков излома за два десятилетия по частоте. По удельной интенсивности α близок к 1,86, то есть к оптически толстому пределу.

Где границы вывода

Ограничения здесь важны не меньше результата. Покрытие орбиты неполное, а чувствительность на разных частотах различается. В статье сказано: «Понадобятся дальнейшие наблюдения, охватывающие более полный диапазон орбиты компаньона, особенно на частотах, которые пока плохо изучены, чтобы подтвердить и уточнить эти результаты».

На 22 и 44 ГГц диск звезды разрешён лишь с трудом, и эти изображения «не могут наложить сильных ограничений на возможное присутствие особенностей поверхности или неоднородностей яркости». Тонкая структура именно в тех полосах, где эффект виден лучше всего, остаётся недоступной.

Кроме того, часть измеренной эллиптичности может быть связана не со спутником, а с собственными неоднородностями атмосферы и вкладом ветра: «на наших самых низких частотах мы начинаем видеть вклад звёздного ветра и/или области ускорения ветра на радиусах за несколько R⋆». Однородный эллипс — усреднение, и он не различает, что именно вытянуло диск: след компаньона, конвективная ячейка или несимметричный выброс газа.

Наконец, физические параметры Сивархи пока зависят от модели: оценки массы в 1,5 и 2–3 массы Солнца из разных оптических работ расходятся. На радиометод это прямо не влияет, но показывает, что картина ещё уточняется.

Зачем это за пределами одной звезды

Работа показывает, как из наблюдений за формой вытащить сведения об объекте, которого не видно. Логика та же, что в задачах, где нужно доказать влияние фактора по косвенным признакам: сначала независимая модель предсказывает, когда и где должен проявиться эффект, затем измеряется отклик в эти моменты, и свидетельством считается совпадение по фазе, а не разовое отклонение. Похожий принцип разбора — как отделять подтверждённый результат от предположения — разобран в материале о том, как провести критический анализ научной статьи и не выдать гипотезу за вывод.

Для астрофизики красных сверхгигантов вопрос практический. Если близкий компаньон действительно движется внутри атмосферы, он может влиять на потерю массы и на то, как звезда подойдёт к концу жизни. Прямого ответа пока нет, и авторы оптической работы оставляют вопрос открытым: «Вопрос действительно открыт: повлияет ли этот компаньон на эволюцию красного сверхгиганта».

Следующий шаг — новые эпохи, особенно на частотах, где данных мало. Пока же перед нами аккуратная, но не окончательная история: звезда выглядит то круглее, то вытянутее, и этот ритм совпадает с движением спутника, который сам в этих волнах не виден.

Источники

• Matthews L. D., Dupree A. K., Richards A. M. S., Dent W. R. F. New Spatially Resolved Observations of Betelgeuse from the VLA and ALMA: Evidence for Atmospheric Perturbations from a Close Companion. The Astronomical Journal, 172, 3, 184 (2026). Открытый доступ. DOI: 10.3847/1538-3881/ae953d; полный текст: iopscience.iop.org.
• Montargès M., Boccaletti A., Flasseur O. и др. VLT/SPHERE images of the candidate companion of Betelgeuse. Astronomy & Astrophysics, 711, L12 (2026). DOI: 10.1051/0004-6361/202661023. Сообщение ESO: пересказ пресс-релиза ESO.
• Howell S. B., Ciardi D. R., Clark C. A. и др. The Probable Direct-imaging Detection of the Stellar Companion to Betelgeuse. The Astrophysical Journal Letters, 988, 2, L47 (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/adeaaf. Сообщение AURA: пересказ пресс-релиза AURA.
• Пресс-релиз NSF NRAO «What Lurks Within the Shadows of Betelgeuse?»: public.nrao.edu.
• Сообщение ALMA о тех же радионаблюдениях: sciencedaily.com.
• Сообщение NASA о спектроскопических свидетельствах следа компаньона (Hubble, AAS 247): sciencedaily.com.

Фото: Hans / Pixabay