Astronomowie potwierdzili liczącą ponad sto lat hipotezę, zgodnie z którą Betelgeza, najbliższy Ziemi czerwony nadolbrzym i dziewiąta (+0,45m) pod względem jasności gwiazda na naszym niebie, jest składnikiem układu podwójnego.
Druga gwiazda
Obserwowane zmiany w jasności i ruchu Betelgezy od dawna wskazywały na możliwość istnienia towarzyszącej jej gwiazdy. Można zadać pytanie, czemu przez tyle lat nie udało się jej wykryć. Odpowiada za to bardzo duża jasność samej Betelgezy, która skutecznie uniemożliwiała zobrazowanie mniejszej z gwiazd znajdującej się w pobliżu. Wyzwanie było na tyle poważne, że początkowo poszukiwania drugiej z gwiazd układu prowadzono za pomocą teleskopów kosmicznych, w przypadku których nie ma efektu rozmywania obrazów słabiej świecących obiektów na skutek przejścia ich światła przez ziemską atmosferę. Jednak nawet Teleskop Hubble’a, który krąży ponad atmosferą na wysokości około 400 km nad nami, nie był w stanie dostrzec tajemniczej towarzyszki Betelgezy.
Okazuje się, że potrzebne były bardziej precyzyjne instrumenty badawcze, choć z pomocą przyszły również czas i dłuższe serie danych obserwacyjnych. W ostatnich latach dwa niezależne zespoły astronomów na nowo ożywiły hipotezę gwiazdy towarzyszącej. Dane obserwacyjne zbierane przez ponad sto lat wyraźnie wskazują na to, że Betelgeza przyciąga jakiś pobliski niewidoczny obiekt i jednocześnie sama znajduje się pod wpływem jego grawitacji. Te same dane dały też astronomom pewne wskazówki co do lokalizacji i jasności drugiego, słabiej świecącego składnika układu. Okazało się też, że jeśli mniejsza gwiazda faktycznie istnieje, zgodnie z przewidywaniami dotyczącymi jej zmiennego w czasie położenia naukowcy mieli zaledwie kilka miesięcy na próbę zaobserwowania drugiego składnika w chwili jego największego oddalenia kątowego od Betelgezy – gdy przemieszczał się w pobliżu widocznej z Ziemi krawędzi czerwonego nadolbrzyma. Po tym krótkim oknie obserwacyjnym trzeba byłoby czekać aż trzy lata, aż mniejsza z gwiazd przemieści się na drugą stronę swojej orbity i ponownie opuści na moment obszar oślepiającego blasku większej towarzyszki.
Steve Howell, naukowiec z ośrodka badawczego NASA Ames, w trakcie planowania obserwacji dostrzegł potencjał ponad ośmiometrowego Gemini North, jednego z największych teleskopów optycznych na świecie. Ostatecznie to właśnie ten instrument, w połączeniu ze specjalną kamerą wysokiej rozdzielczości wykorzystującą technikę tak zwanego obrazowania plamkowego, umożliwił – a przynajmniej bardzo wiele na to wskazuje – bezpośrednią obserwację towarzyszki Betelgezy mimo zakłóceń powodowanych przez ziemską atmosferę. Wykorzystana w badaniach kamera pozwalała na wykonanie tysięcy bardzo krótkich ekspozycji, dzięki którym naukowcy mogli precyzyjnie zmierzyć wpływ atmosfery na obserwacje i usunąć je z nich przy pomocy zaawansowanych technik przetwarzania obrazów. W efekcie uzyskano bardzo wyraźny obraz Betelgezy... i towarzyszącej jej, słabszej gwiazdy. Co istotne, zespół Howella dostrzegł słabszy składnik układu dokładnie tam, gdzie przewidywano: bardzo blisko zewnętrznej krawędzi Betelgezy.
Na ilustracji: 8,1-metrowy teleskop Gemini North na Hawajach. Źródło: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek (Institute of Physics in Opava).
Na ilustracji: Ponad stuletnie obserwacje Betelgezy ujawniły różne trendy zmienności w pomiarach prędkości radialnej (RV) i jasności wizualnej. Źródło: The Astrophysical Journal / AAVSO.
Nazwa i charakterystyka fizyczna
Zespół Howella zgodnie z astronomiczną tradycją postanowił nadać nowo odkrytej gwieździe nazwę. Warto w tym miejscu dodać, że słowo „Betelgeza” pochodzi z języka arabskiego i oznacza „ręka al-Dżawzy”, kobiecej postaci z dawnych arabskich legend. Słabszy składnik układu krążący wokół niej otrzymał natomiast nazwę „Siwarha”, co oznacza tyle, co „jej bransoletka”.
Siwarha to obiekt o około 6m słabszy niż Betelgeza w zakresie widzialnym, a jej masa jest szacowana na około 1,5 masy Słońca, co czyni ją gwiazdą małomasywną, młodą i najprawdopodobniej niebędącą jeszcze na ciągu głównym.
Waga odkrycia
Od dziesięcioleci wiadomo było, że obserwowana jasność Betelgezy zmienia się w sposób regularny, z głównym okresem wynoszącym blisko 400 dni i drugim, dłuższym, liczącym blisko 6 lat. O ile krótszy okres zmienności przypisywany jest pulsacji samej Betelgezy, która regularnie zmienia swój promień, a więc i jasność, dłuższą zmienność już wcześniej przypisywano istnieniu drugiego składnika w układzie. Dziś wiemy, że z bardzo dużym prawdopodobieństwem tak jest. Odkrycie bliskiej towarzyszki Betelgezy może także wyjaśniać, dlaczego i inne podobne nadolbrzymy wykazują okresowe, kilkuletnie zmiany w jasności.
Howell uważa też, że jego odkrycie może skłonić astronomów do lepszego docenienia wciąż ogromnych możliwości, jakie dają obserwacje prowadzone za pomocą teleskopów naziemnych, a także samej techniki obrazowania plamkowego, którą jego zespół zastosował w przypadku obserwacji układu Betelgezy. Zespół ma w planach dalsze obserwacje gwiezdnej towarzyszki Betelgezy, które – miejmy nadzieję – pozwolą wyznaczyć jej parametry fizyczne. Przypomnijmy jednak na koniec, że kolejna szansa na dostrzeżenie gwiazdy Siwarha pojawi się dopiero w listopadzie 2027 roku, gdy ponownie znajdzie się ona w największym oddaleniu kątowym od Betelgezy.
Choć określenie „największe oddalenie” i pozornie długi czas obiegu wokół znacznie masywniejszej Betelgezy może sugerować, że drugi składnik znajduje się daleko od niej, w rzeczywistości krąży on niemal tuż przy jej powierzchni, w zewnętrznej atmosferze gwiazdowej. Wynika to z ogromnych rozmiarów Betelgezy, która jest gwiazdą o promieniu około 700 razy większym niż promień Słońca, co oznacza, że gdyby znajdowała się w centrum Układu Słonecznego, pod jej powierzchnią znalazłyby się w całości orbity Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa. To jednocześnie pierwszy przypadek, gdy udało się bezpośrednio wykryć obecność drugiego gwiazdowego składnika wewnątrz rozległej atmosfery nadolbrzyma.
Od października 2019 roku Betelgeza zaczęła zauważalnie zmniejszać jasność, przy czym do połowy lutego 2020 spadła ona z 0,5 do 1,7 magnitudo, co oznacza spadek o blisko 40%. Do bardziej typowego dla siebie zakresu jasności gwiazda wróciła dopiero w roku 2023. Pisaliśmy o tym w Portalu Uranii, bo sprawa przez długi czas była zagadkowa. Dziś wiemy, że sprawcą silnych zmian jasności był duży obłok gwiazdowej materii wyrzucony na znaczną odległość nad powierzchnię Betelgezy, gdzie nastąpiło jego schłodzenie, prowadzące do utworzenia się nieprzezroczystej blokady światła z pyłu i gazu. Warto w tym miejscu podkreślić, że obserwowane wtedy zjawisko nie było związane z obecnością drugiego składnika w układzie podwójnym.
Oczywiście nie dostrzeżemy gwiazdy Siwarha na nocnym niebie. Wiedząc o niej, warto jednak spojrzeć nieco innym okiem na Betelgezę, jedną z najjaśniejszych gwiazd majestatycznej konstelacji Oriona. Gwiazdozbiór ten kojarzymy głównie z niebem jesiennym i zimowym, jednak właśnie teraz, na początku sierpnia, w drugiej połowie nocy zaczyna być on widoczny nad Polską. Co przypomina nam o upływie czasu i tym, że połowa letnich wakacji już za nami...
Czytaj więcej:
- Oryginalny artykuł
- Publikacja naukowa The Probable Direct-imaging Detection of the Stellar Companion to Betelgeuse, Steve B. Howell et al., 2025 ApJL, 988 L47
Źródło: NASA / ApJL / The Brighter Side of News
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji:
Fotografia gwiazdozbioru Oriona oraz położenie w jego obrębie Betelgezy; we wstawce wizualizacja nadolbrzyma i jego gwiazdy towarzyszącej. Źródło: NOIRLab/Eckhard Slawik/NASA
