A Betelgeuze csillag, az Orion csillagkép bal vállát jelző vörös szuperóriás, régóta áll a megfigyelések kereszttüzében, különösen a néhány éve történt jelentős halványodási epizód óta. A csillag pontos méretének, fejlődési állapotának, pulzációs periódusainak meghatározása információval szolgálhat arra a sokakat foglalkoztató kérdésre is, hogy mikor robban fel a csillag szupernóvaként. (Vélhetően még várni kell rá úgy tíz-százezer évet.) A csillag hosszú, hatéves fényváltozása külön fejtörést okozott, de 2024-ben két független csoport is arra a következtetésre jutott, hogy annak legvalószínűbb oka egy, a csillaghoz igen közel keringő társcsillag lehet (korábbi hírünk erről itt). A Jared Goldberg (Flatiron Institute), illetve korábbi és jelenlegi kutatóink, Meridith Joyce és Molnár László által írt, elsőként megjelent szakcikk egy Napnál valószínűleg nagyobb, az óriáscsillagtól mindössze 2,5 csillagsugárra keringő égitestet jósolt meg. A Morgan MacLeod (Harvard University) és munkatársai által végzett számítások egy hasonló pályán keringő, de kisebb csillagot jeleztek előre. A Betel-tesó (Betelbuddy) tényleges megtalálásáért folyó verseny ezzel kezdetét is vette.
Az első jóslatot tevő három kutató a bejelentés után nem késlekedett a megerősítő észlelések kidolgozásával sem. Egy nagyobb nemzetközi csoportot formálva távcsőidő-pályázatot adtak be a NASA két még működő nagy obszervatóriumára, a Hubble és Chandra űrtávcsövekre. A Chandra egy korábbi szupernóva-robbanás után visszamaradó neutroncsillag társ röntgensugárzását kereste, a Hubble pedig egy még most kialakuló fiatal csillag aktivitásából eredő ultraibolya sugárzást. Hosszabb hullámhosszakon ugyanis a Betelgeuze sokszorosan túlragyogja a kísérőt, így kimutatására nem látszott esély.
Azonban a kutatók egyik űrtávcsővel sem jártak sikerrel. A Chandra észleléseket Anna O’Grady (Carnegie Mellon University) vezetésével dolgozták fel, de hiába töltött az űrtávcső 12 órát a Betelgeuze megfigyelésével, nem detektált olyan röntgen-fotonokat, amiket egy, az óriáscsillag körüli gázzal és porral kölcsönható kompakt égitestre utalnának. A másik lehetőség az, hogy a Betelgeuze körül egy normál, hozzá képest kistömegű csillag kering. Mivel a kisebb csillagok élete lassabban telik, egy Naphoz hasonló csillag még mindig a kialakulás fázisában lenne, azelőtt, hogy begyulladna a magjában a hidrogénfúzió. A Hubble mérések ezért a fiatal csillagszerű objektumokra jellemző erős UV-sugárzást kereste – de nem találta. Így a Jared Goldberg vezette másik szakcikk is csak felső korlátokat tudott megadni a kísérő tömegére.
A Chandra felvétele az óriáscsillag környezetéről. Minden világos pixel egy-egy beérkezett, egyedi röntgenfotont jelöl. (Forrás: CXO/NASA/ESA, O'Grady et al.)
Hogyan lehet akkor igazolni egy, a szuperóriáshoz nagyon közel keringő, de akár tíz-százezerszer is halványabb kísérő létezését? A jelenleg rendelkezésünkre álló közvetlen leképezési, koronográfos kitakarást használó eszközök nem tűntek erre megfelelőnek. Egy másik kutatócsoport, Stewe Howell (NASA Ames Kutatóközpont) vezetésével, ugyanakkor már korábban, a Nagy Halványodás idején is készített nagyfelbontású felvételeket a Gemini North óriástávcsővel a csillagról. Ők a kísérő előre jelzett legnagyobb kitérésének idején újra a Betelgeuze felé fordították a távcsövet. És volt egy trükk a tarsolyukban.
A Gemini North ugyanis nem csak egy 8,1 méteres főtükörrel és a légköri turbulencia változásaira korrigáló adaptív optikával van felszerelve, hanem az `Alopeke nevű foltinterferometria (specke imaging) kamerával is. Ez a műszer mindössze századmásodperces hosszúságú felvételek sorozatát készíti, majd a képek összeadásával és speciális feldolgozásával áll elő a távcső elméleti felbontását elérő, 0,015 ívmásodperces felvétel.
A 2024. végén gyűjtött mérésekben meg is jelent egy halvány, a Betelgeuze-nál egyértelműen kékebb folt, az Betel-tesó előre jelzett helyén és távolságában. Önmagában a mérés egy kicsit kevés lenne a bizonyossághoz, a jel ugyanis alig emelkedik ki a háttérből (a szignifikanciaszintje mindössze 1,5 szigma), de a körülmények mégis plusz támogatást adnak a valóságosságának. Ugyanis 2020-ban a kísérőnek a szuperóriás mögött kellett lennie, és azon a felvételen nem is látszik semmi, most pedig pont az előre jelzett helyen látszott valami.
A Betelgeuze és kísérője a Gemini North távcső feldolgozott felvételén. A háttérben a teljes Orion csillagkép látható. (Forrás: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA, M. Zamani (NSF NOIRLab))
Ugyanakkor ez a halvány jel is sokkal fényesebb a Goldberg, Joyce és Molnár által előrejelzettnél. Eszerint egy nagyobb, legalább másfél naptömegű, forró (A-B színképtípus körüli) égitest lehet a Betel-tesó, és „csak” kb. százszor halványabb a Betelgeuze-nál. De akkor miért nem látszott a Hubble mérésekben? Erre az a legvalószínűbb magyarázat, hogy már elég közel jár ahhoz, hogy begyulladjon benne a hidrogén, és „valódi” csillaggá váljon, így már nem olyan aktív UV-ben, mint kisebb, még formálódó fiatal csillagok lennének. Ettől függetlenül jól bizonyítja ez a rendszer, mennyire erősen függ a csillagfejlődés sebessége a csillagok tömegétől. Míg a Betelgeuze 10 millió év alatt megszületett, leélte élete nagy részét, és közelít a szupernóva-robbanás felé, a Betel-tesó 10 millió év alatt odáig sem jutott még el, hogy a hidrogénfúzió beinduljon benne.
A 2020-as és 2024-es felvételek összehasonlítása. Előbbin a kísérőcsillag a Betelgeuze mögött tartózkodott. (Forrás: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA, Howell et al.)
Mivel kísérő mért jele meglehetősen gyenge, ezért a felfedezés teljes megerősítéséhez szükséges lesz még, hogy lássuk azt eltűnni, majd feltűnni a csillag másik oldalán. Előbbi megfigyeléséhez 2026 tavaszán-nyarán (tehát pont a Betelgeuze éjszakai láthatósági időszakának végén vagy elején), utóbbihoz 2027 végén kell majd további észleléseket végezni.
A felfedezés tágabb jelentősége pedig abban rejlik, hogy eddig nem ismertünk ilyen közeli kísérőket szuperóriás csillagok mellett, mert nem volt eszközünk a kimutatásukra. Ugyanakkor számos szuperóriás (és kisebb vörös óriások is) mutat hosszú, több éves fényváltozásokat. Ezekre eddig nem volt egyértelmű magyarázat, bár a kettősség mindig is az egyik valószínű indoknak tűnt. A Betelgeuze kísérőjének megfigyelése megerősíti ezt a feltételezést: már csak más óriások, mint az Antares esetében is hasonlóképpen igazolni kell ezt.
A felfedezést bejelentő sajtóközlemény: NOIRLab
A felfedezést leíró szakcikk: arXiv