Betelgeuse đổi hình dạng theo nhịp của Siwarha, ngôi sao quay quanh ngay trong khí quyển của nó

Betelgeuse, siêu sao khổng lồ đỏ đánh dấu vị trí vai của chòm Orion, không có dạng tròn hoàn hảo; mức độ lệch tròn của nó dường như nhịp theo một ngôi sao thứ hai. Các bản đồ vô tuyến mới cho thấy bầu khí quyển ngoài của ngôi sao khổng lồ này giãn thành một hình bầu dục nhẹ khi sao đồng hành Siwarha đi tới điểm xa nhất của quỹ đạo so với ngôi sao, rồi trở lại gần hình tròn khi ngôi sao đồng hành đi qua phía trước hoặc phía sau nó.

Mô hình này đáng chú ý bởi Siwarha không quay quanh Betelgeuse từ một khoảng cách an toàn. Nó di chuyển xuyên qua bầu khí quyển mở rộng của ngôi sao khổng lồ, ở cách tâm sao chỉ hơn hai lần bán kính một chút, vì vậy sự thay đổi hình dạng hoạt động như những gợn sóng trên mặt hồ, hé lộ vật gì đó đang chuyển động dưới bề mặt. Lynn Matthews thuộc MIT Haystack Observatory, người dẫn dắt nghiên cứu, cho biết: “Ngôi sao đồng hành này quay gần ngôi sao đến mức nó thực sự đi xuyên qua bầu khí quyển mở rộng của ngôi sao đó.”

Các quan sát này còn mang lại một kết quả thứ hai. Bầu khí quyển phần lớn đã phục hồi sau Great Dimming, giai đoạn Betelgeuse mờ đi tới mức thấp nhất trong hơn một thế kỷ ghi nhận. Khí từng lạnh đi bất thường ngay trước đợt mờ dần nay phát sáng ở nhiệt độ khoảng 3.500 kelvin, gần với nhiệt độ của bề mặt nhìn thấy được của ngôi sao.

Betelgeuse là một trong hai siêu sao khổng lồ đỏ gần nhất, tức một ngôi sao có khối lượng lớn đang ở giai đoạn cuối đời và rồi một ngày sẽ nổ thành siêu tân tinh. Cách những ngôi sao như vậy trút bỏ các lớp ngoài trước khi điều đó xảy ra sẽ định hình đám mây vật chất chúng để lại, và một sao đồng hành cày xuyên qua các lớp ấy là yếu tố mới trong câu chuyện này.

Cách sóng vô tuyến giúp các nhà thiên văn mổ xẻ bầu khí quyển của một ngôi sao

Nhóm nghiên cứu, gồm các nhà khoa học từ Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, University of Manchester và European Southern Observatory, đã kết hợp hai thiết bị. Very Large Array ở New Mexico bao quát các tần số thấp hơn, còn ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ở Chile, bao quát các tần số cao hơn. Cùng nhau, chúng quan sát Betelgeuse ở bảy tần số, từ 22 đến 485 gigahertz, trong các chiến dịch diễn ra từ năm 2021 đến năm 2026.

Mỗi tần số xuất phát từ một độ sâu khác nhau. Tần số cao hơn nhìn thấy khí gần bề mặt khả kiến hơn, còn tần số thấp hơn nhìn thấy các lớp xa hơn, nhờ đó toàn bộ dữ liệu tạo nên bức tranh từng lớp về khí quyển, từ ngay trên bề mặt đến khoảng cách gấp nhiều lần bán kính ngôi sao. Betelgeuse là một trong các ngôi sao có kích thước biểu kiến lớn nhất trên bầu trời, nên cả hai mạng kính đều phân giải nó thành một đĩa thay vì một điểm. Matthews nói: “Chính sự kết hợp giữa dữ liệu phi thường từ NSF VLA và ALMA đã cho chúng tôi một kết quả thuyết phục ở đây. Việc chúng ta có thể dùng các cơ sở này để thực sự phân giải các đĩa của những ngôi sao gần là điều tuyệt vời.”

Với từng ảnh, nhóm đã khớp một đĩa hình elip và ghi lại kích thước, định hướng, nhiệt độ độ sáng cùng độ elip của nó, tức thước đo mức độ hình dạng lệch khỏi hình tròn. Sau đó, họ đối chiếu các độ elip này với vị trí dự đoán của sao đồng hành, lấy từ một quỹ đạo đã công bố, đồng thời bổ sung ba phép đo trước đó từ các nghiên cứu vô tuyến khác.

Họ hầu như không có lựa chọn nào ngoài việc tìm Siwarha theo cách gián tiếp. Nếu giả định đây là một ngôi sao có bán kính khoảng gấp đôi Mặt Trời và nhiệt độ vào khoảng 12.000 kelvin, ánh sáng vô tuyến riêng của nó ở 44 gigahertz sẽ chỉ khoảng 0,1 microjansky, yếu hơn hơn mười lần so với mức có thể phát hiện trong bất kỳ thời lượng quan sát khả dĩ nào. Ngay cả ở các dải ALMA cao nhất, nơi nó sẽ sáng hơn, tín hiệu này vẫn nằm dưới nhiễu trong ảnh. Trong các quan sát ALMA đó, sao đồng hành cũng nằm gần như ngay phía trước ngôi sao, chỉ cách tâm của nó khoảng 23 milliarcseconds.

Một lớp lạnh hơn, một vỏ nóng hơn và ngôi sao trở lại bình thường

Nhiều tháng trước Great Dimming, một nghiên cứu do Matthews dẫn đầu đã phát hiện khí quyển của Betelgeuse ở 44 gigahertz có nhiệt độ độ sáng thấp nhất trong 30 năm, dấu hiệu cho thấy một sóng xung kích từ sự đối lưu sâu bên trong ngôi sao đã làm xáo trộn lớp khí ngoài. Sau đó, ngôi sao phóng ra vật chất hình thành bụi và che khuất một phần tầm nhìn của chúng ta về nó.

Các phép đo mới cho thấy những nhiệt độ này đã trở lại trong phạm vi của các quan sát vô tuyến thực hiện suốt khoảng ba thập kỷ qua. Ở 22 gigahertz, khí đạt khoảng 3.500 kelvin tại khoảng 2,7 lần bán kính ngôi sao, tương đương nhiệt độ bề mặt từ 3.476 đến 3.650 kelvin. Đỉnh nhiệt độ này hiện nằm xa hơn so với trong các phép đo thực hiện trước năm 2016, điều mà các tác giả diễn giải là khả năng có thay đổi trong cách mật độ khí quyển giảm theo độ cao.

Ở gần hơn, dữ liệu ALMA tần số cao nhất, vươn tới gần bề mặt hơn bất kỳ phép đo vô tuyến nào trước đây, ghi nhận khí ở khoảng 2.200 kelvin tại 1,2 lần bán kính. Mức này lạnh hơn bề mặt khả kiến hơn 1.000 độ và xác nhận cực tiểu nhiệt độ từ lâu đã được nghi ngờ, nằm giữa bề mặt và sắc quyển nóng hơn ở phía trên. Lớp lạnh này trùng khớp với MOLsphere, một vỏ khí phân tử được suy ra từ các quan sát hồng ngoại. Ở mọi tần số, nhiệt độ vô tuyến cũng thấp hơn nhiệt độ được suy ra từ ánh sáng tử ngoại tại cùng các độ cao, cho thấy khí lạnh trộn lẫn với vật chất sắc quyển nóng.

Để hình dung quy mô, Betelgeuse trải rộng khoảng 44 milliarcseconds trên bầu trời. Nếu đặt tại vị trí của Mặt Trời, bề mặt khả kiến của nó sẽ vươn xa vượt ngoài quỹ đạo Sao Hỏa.

Một sao đồng hành mất nhiều thập kỷ mới xác định được

Betelgeuse từ lâu đã sáng lên rồi mờ đi theo hai nhịp, một nhịp khoảng 400 ngày và một nhịp chậm hơn khoảng 2.100 ngày, gần sáu năm, mà nguyên nhân vẫn chưa rõ. Hai nghiên cứu độc lập kết luận rằng chu kỳ chậm bắt nguồn từ một sao đồng hành quay bên trong bầu khí quyển mở rộng ở khoảng 2,3 lần bán kính ngôi sao. Một nhóm chụp ảnh đốm sau đó báo cáo một phát hiện tạm thời và đặt tên nó là Siwarha, tiếng Arab nghĩa là “vòng tay của nàng”, gợi nhắc tên riêng của Betelgeuse là “bàn tay của al-Jawza”. Tên gọi này nay đã được International Astronomical Union chính thức công nhận.

Các bằng chứng bổ sung tiếp tục xuất hiện. Phổ tử ngoại từ Hubble Space Telescope cho thấy các hình dạng vạch phổ và vận tốc bám theo quỹ đạo của sao đồng hành; các tác giả của nghiên cứu ấy diễn giải đó là vệt dòng chảy kéo dài phía sau nó. Sự xác nhận mạnh mẽ nhất đến từ ảnh trực tiếp bằng thiết bị SPHERE trên Very Large Telescope của ESO, phát hiện sao đồng hành ở vị trí dự đoán. Kết quả vô tuyến bổ sung một dạng dấu hiệu khác: ảnh hưởng của sao đồng hành lên chính hình dạng của ngôi sao khổng lồ.

Những điều các bản đồ vô tuyến chưa thể giải quyết

Độ elip nhỏ ở mọi dải tần và mọi thời điểm, còn xu hướng này dựa trên số lượng hạn chế các quan sát rải rác dọc theo quỹ đạo. Các tác giả mô tả kết quả là phù hợp với những nhiễu loạn tuần hoàn do sao đồng hành gây ra, chứ không phải bằng chứng, và cho biết cần thêm các thời điểm quan sát bao quát dải tần số và các pha quỹ đạo rộng hơn để xác nhận.

Dữ liệu cũng đặt ra một câu đố. Độ elip bám theo sao đồng hành ở các tần số, nhưng định hướng của hình bầu dục khớp tốt nhất lại không nhất quán giữa chúng. Các dải ALMA cao nhất đặt trục dài của nó ở góc 31 đến 47 độ, hai dải ALMA thấp hơn ở khoảng 140 độ, còn VLA ở xấp xỉ 90 đến 120 độ. Một lời giải thích khả dĩ là mỗi tần số lấy mẫu một lát cắt khác nhau của một nhiễu động ba chiều, chẳng hạn vệt dòng chảy được đề xuất từ dữ liệu Hubble, nhưng điều này vẫn cần được kiểm chứng.

Nhóm cũng tìm kiếm trong ảnh các vùng sáng hoặc bất đối xứng gần vị trí dự đoán của sao đồng hành nhưng không thấy dấu hiệu nào có thể gắn với nó một cách dứt khoát, một phần do độ phân giải khiêm tốn ở một số tần số và vị trí bất lợi của sao đồng hành trong những quan sát sắc nét nhất. Bản chất của chính Siwarha, bao gồm khối lượng và loại sao, vẫn còn được tranh luận. Nếu rốt cuộc nó là một ngôi sao trẻ có các đợt bùng phát, nó có thể tạo ra phát xạ vô tuyến biến thiên ở các tần số thấp hơn, khoảng 5 đến 10 gigahertz, mà những quan sát này không bao phủ.

Những câu hỏi thường gặp về Betelgeuse và Siwarha

Siwarha là gì?

Siwarha là ngôi sao đồng hành của Betelgeuse. Nó quay bên trong bầu khí quyển mở rộng của siêu sao khổng lồ đỏ này, ở khoảng 2,3 lần bán kính ngôi sao, và hoàn tất một vòng quỹ đạo gần mỗi 2.100 ngày. Tên của nó có nghĩa là “vòng tay của nàng” trong tiếng Arab và hiện là một định danh chính thức của IAU.

Betelgeuse đã hồi phục sau Great Dimming chưa?

Ở các bước sóng vô tuyến, phần lớn là có. Nhiệt độ độ sáng tại 22 và 44 gigahertz, từng chạm mức thấp nhất trong 30 năm ngay trước đợt mờ dần, đã trở lại trong phạm vi đo được suốt khoảng ba thập kỷ qua. Bản thân đợt mờ dần, vào cuối năm 2019 và đầu năm 2020, đã khiến Betelgeuse đạt độ sáng thấp nhất trong hơn một thế kỷ ghi nhận.

Betelgeuse sắp nổ phải không?

Không có điều gì trong nghiên cứu này chỉ ra một vụ siêu tân tinh sắp xảy ra. Betelgeuse là một siêu sao khổng lồ đỏ ở giai đoạn cuối đời và được dự kiến sẽ nổ vào một ngày nào đó, nhưng các quan sát này theo dõi hành vi của bầu khí quyển ngoài, chứ không phải trạng thái lõi của nó.

Betelgeuse cách chúng ta bao xa?

Các ước tính khác nhau. Nghiên cứu này sử dụng khoảng cách khoảng 222 parsec, tương đương xấp xỉ 720 năm ánh sáng, trong khi những con số khác được trích dẫn rộng rãi đặt ngôi sao gần hơn, khoảng 650 năm ánh sáng. Dù theo cách nào, nó vẫn là một trong hai siêu sao khổng lồ đỏ gần Trái Đất nhất.

Điều gì sẽ đến tiếp theo

Bài báo được công bố trên The Astronomical Journal vào tháng 9 năm 2026, và National Radio Astronomy Observatory thông báo kết quả vào ngày 27 tháng 10. Trong bảng quỹ đạo của nhóm, sao đồng hành vừa đi qua phía xa của ngôi sao vào tháng 4 năm 2026 và đang tiến về điểm xa nhất tiếp theo, thời điểm mà hiệu ứng hình bầu dục được kỳ vọng sẽ hiện rõ nhất. Các tác giả muốn có những thời điểm quan sát mới ở nhiều tần số và pha quỹ đạo hơn, đồng thời kỳ vọng Square Kilometre Array và Next Generation Very Large Array sẽ biến các phép đo như vậy thành việc thường lệ. Cho đến khi đó, cách duy nhất để theo dõi Siwarha trong ánh sáng vô tuyến là quan sát Betelgeuse thay đổi hình dạng.

Tài liệu tham khảo: Matthews et al., “New Spatially Resolved Observations of Betelgeuse from the VLA and ALMA: Evidence for Atmospheric Perturbations from a Close Companion,” The Astronomical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-3881/ae953d

Thẻ: thiên văn học, ALMA, Betelgeuse, sao siêu khổng lồ đỏ, sao đôi, Siwarha