Betelgeuse — một trong những ngôi sao dễ thấy nhất trên bầu trời phương Bắc, một siêu sao khổng lồ đỏ trong chòm sao Orion — từ lâu đã khiến các nhà thiên văn học phải căng thẳng. Vào cuối năm 2019 và đầu năm 2020, nó bỗng nhiên mờ đi mạnh hơn so với cả thế kỷ quan sát. Hiện tượng "Đại mờ hóa" này đã làm dấy lên làn sóng bàn tán về khả năng ngôi sao sắp kết thúc cuộc đời. Nhưng sau cơn bùng nổ quan tâm, người ta phát hiện ra một điều gì đó tinh tế và bất ngờ hơn.
Các quan sát mới bằng kính viễn vọng vô tuyến NSF VLA và ALMA, được thực hiện từ năm 2021 đến năm 2026, cho thấy: khí quyển của Betelgeuse nhìn chung đã hồi phục. Độ sáng nhiệt độ ở những tần số trước đây từng ghi nhận cái lạnh bất thường đã trở lại các giá trị quen thuộc hơn. Ở khoảng cách chừng 2,7 bán kính ngôi sao, khí đã ấm trở lại tới khoảng 3500 kelvin. Còn gần bề mặt hơn, ở các tần số ALMA lần đầu tiên nhìn sâu vào lớp vỏ sao đến vậy, người ta phát hiện một cực tiểu nhiệt độ rõ rệt — khoảng 2200 kelvin. Điều này xác nhận sự tồn tại của "quyển phân tử", thứ từ lâu chỉ được suy ra từ dữ liệu hồng ngoại.
Phát hiện chính không liên quan đến nhiệt độ mà đến hình dạng. Betelgeuse, hóa ra, không phải lúc nào cũng tròn. Khí quyển mở rộng của nó hơi kéo dài ra rồi lại trở nên tròn hơn tùy theo vị trí của một sao đồng hành mới được phát hiện gần đây. Vệ tinh này được đặt tên là Sivarkha — "chiếc vòng tay của nó" theo tiếng Ả Rập (bản thân Betelgeuse có nghĩa là "bàn tay của al-Jauza"). Nó quay quanh ở khoảng cách chỉ chừng hai bán kính của siêu sao khổng lồ, thực chất là đi xuyên qua các lớp ngoài của khí quyển.
Bản thân Sivarkha quá yếu để có thể nhìn thấy trực tiếp trên sóng vô tuyến. Nhưng sự hiện diện của nó để lại dấu vết. Khi sao đồng hành ở vị trí xa nhất về mặt thị giác, khí quyển của Betelgeuse trở nên kéo dài rõ rệt hơn. Khi nó đi "phía trước" hoặc "phía sau", hình dạng gần với tròn hơn. Điều này giống như cách người ta có thể đoán ra chuyển động ẩn dưới mặt nước qua những gợn sóng. Sao đồng hành, dường như, làm nhiễu loạn khí, để lại một loại dấu vết, và bằng lực hấp dẫn hơi biến dạng lớp vỏ của ngôi sao chủ.
Sự gần gũi như vậy cũng giúp giải thích chu kỳ độ sáng dài bí ẩn của Betelgeuse — khoảng 2100 ngày, tức khoảng sáu năm. Trước đây nguồn gốc của nó vẫn chưa rõ. Giờ đây xuất hiện một nguyên nhân tự nhiên: tác động định kỳ của sao đồng hành.
Những kết quả này được trình bày trong bài báo khoa học "New Spatially Resolved Observations of Betelgeuse from the VLA and ALMA: Evidence for Atmospheric Perturbations from a Close Companion", đã được chấp nhận đăng trên tạp chí The Astronomical Journal. Các tác giả là Lynn D. Matthews từ Đài quan sát Haystack thuộc Viện Công nghệ Massachusetts, A. K. Dupree từ Trung tâm Vật lý Thiên văn Harvard và Viện Smithsonian, A. M. S. Richards từ Đại học Manchester và W. R. F. Dent từ Đài quan sát Nam Âu / ALMA. Bản thảo trước khi in được đăng trên arXiv (arXiv:2608.02847). Tính mới của công trình nằm ở chỗ lần đầu tiên, dựa trên dữ liệu vô tuyến phân giải không gian ở bảy tần số — từ 22 đến 485 gigahertz — người ta đã theo dõi được mối tương quan giữa độ elip của khí quyển Betelgeuse và pha quỹ đạo của sao đồng hành. Các nghiên cứu trước đây chỉ suy đoán sự tồn tại của Sivarkha dựa trên trắc quang, vận tốc xuyên tâm và các hình ảnh quang học gần đây. Giờ đây ảnh hưởng của nó đã được ghi nhận trực tiếp thông qua các nhiễu loạn của lớp vỏ khí. Ngoài ra, các phép đo lần đầu tiên ở gần quang quyển đến vậy đã xác nhận cực tiểu nhiệt độ và cho thấy sự hồi phục các thông số khí quyển sau Đại mờ hóa, cũng như khả năng tiến hóa của biên dạng mật độ.
Các quan sát bao trùm bảy tần số. Những bước sóng khác nhau "nhìn thấy" những độ sâu khác nhau của khí quyển, nên các nhà khoa học có thể ghép lại bức tranh từng lớp một. Trưởng nhóm nghiên cứu Lynn Matthews nhận xét: chính sự kết hợp khả năng của VLA và ALMA đã mang lại kết quả thuyết phục. Khả năng phân giải đĩa của các ngôi sao gần nhất ở quy mô như vậy tự nó đã rất ấn tượng.
Hiện dữ liệu mới chỉ bao phủ một phần quỹ đạo. Cần thêm các phép đo, đặc biệt ở những tần số còn chưa được khai thác đủ. Các thiết bị tương lai như Next Generation Very Large Array hứa hẹn sẽ khiến những nghiên cứu như vậy trở nên thường quy và chính xác hơn.
Tất cả những điều này diễn ra ở khoảng cách hàng trăm năm ánh sáng, ở quy mô mà một ngôi sao có kích thước bằng quỹ đạo Sao Mộc, còn khí quyển của nó còn vươn xa hơn nữa. Một sao đồng hành nhỏ bé, gần như vô hình, đi xuyên qua lớp vỏ khổng lồ ấy, hơi thay đổi hình dạng của nó và có lẽ ảnh hưởng đến cách siêu sao khổng lồ mất vật chất trong những giai đoạn cuối của cuộc đời. Hàng tỷ tấn khí, sóng xung kích, lớp vỏ phân tử, nhiễu loạn quỹ đạo — tất cả liên kết thành một hệ thống thống nhất, được tinh chỉnh tinh tế. Và ở đâu đó xa xôi trong vũ trụ, hệ thống này vẫn tiếp tục sống cuộc sống của riêng nó, còn chúng ta chỉ mới bắt đầu phân biệt được những chi tiết của nó.
