ベテルギウス、大気の中を回る伴星シワルハに合わせて形が変わる

オリオン座の肩をなす赤色超巨星ベテルギウスは完全な球体ではなく、その非球形の度合いが第二の星と同期しているように見える。新しい電波マップは、伴星シワルハ（Siwarha）が星から最も離れた点に達すると巨星の外層大気がわずかに楕円形に伸び、伴星が星の前または後ろを通過すると円形に戻ることを示している。

このパターンが注目に値するのは、シワルハが安全な距離からベテルギウスを周回しているわけではないからだ。伴星は巨星の広がった大気の中を、中心から星の半径の約2倍強の距離で通過しており、その形状の変化は池の水面の波紋が水面下を動くものを教えてくれるようなものだ。「この伴星は星に非常に近い軌道を周回しているため、実際にその拡大した大気の中を通り抜けているのです」と、この研究を主導したMITヘイスタック観測所のリン・マシューズ（Lynn Matthews）氏は述べている。

同じ観測からは第二の結果も得られた。大気はグレート・ディミング（Great Dimming）からほぼ回復している。グレート・ディミングとは、ベテルギウスが100年以上の記録の中で最も暗くなった現象である。減光の直前に異常に冷えていたガスは現在、約3,500ケルビンで輝いており、星の可視表面の温度に近い。

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ベテルギウスは最も近い二つの赤色超巨星の一つであり、生涯の最終段階にある大質量星で、いつか超新星爆発を起こす。その前にこうした星が外層をどのように放出するかが残される雲の形状を決定し、それらの層をかき分ける伴星の存在は、この物語に新たな要素を加える。

電波が可能にする星の大気の解剖

ハーバード＆スミソニアン天体物理学センター（Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian）、マンチェスター大学、欧州南天天文台（ESO）の研究者を含むチームは、2つの観測装置を組み合わせた。ニューメキシコ州にある超大型干渉電波望遠鏡群（VLA）が低周波数を、チリのアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）が高周波数を担当した。両者は2021年から2026年にかけての観測キャンペーンで、22ギガヘルツから485ギガヘルツまでの7つの周波数でベテルギウスを観測した。

各周波数は異なる深さに対応する。高い周波数ほど可視表面に近いガスを、低い周波数ほど外側の層を見るため、このセットは表面直上から星の半径の数倍にわたる大気の層ごとの画像を構築する。ベテルギウスは見かけの大きさが空で最大級の星の一つであるため、両アレイはそれを点ではなく円盤として分解できる。「NSFのVLAとALMAからの素晴らしいデータの組み合わせが、ここで説得力のある結果をもたらしました」とマシューズ氏は述べている。「これらの施設を使って近くの星の円盤を実際に分解できるという事実は驚くべきことです。」

チームはすべての画像に対して楕円形の円盤を当てはめ、そのサイズ、向き、輝度温度、および真円からの偏差を示す楕円率を記録した。その後、これらの楕円率を、公表された軌道から得られた伴星の予測位置と照合し、他の電波研究からの3つの過去の測定値を追加した。

シワルハを直接探すことはほとんど不可能であり、間接的に探す以外に方法はなかった。太陽半径の約2倍、約12,000ケルビンの星であると仮定すると、44ギガヘルツでのシワルハ自身の電波輝度は約0.1マイクロジャンスキーであり、妥当な観測時間では検出できないほど10倍以上弱い。最も明るくなるALMAの最高周波数帯でも、画像のノイズ以下である。さらに、これらのALMA観測中、伴星は星のほぼ正面に位置しており、中心からわずか23ミリ秒角しか離れていなかった。

冷たい層と熱い外層、そして通常に戻った星

グレート・ディミングの数ヶ月前、マシューズ氏が主導した研究により、ベテルギウスの大気の44ギガヘルツにおける輝度温度が30年で最低となったことが判明し、星の深部からの対流による衝撃波が外側のガスを乱した兆候であることが示された。その後、星はダストを形成する物質を放出し、その一部が私たちの視界を遮った。

新しい測定結果は、これらの温度が過去約30年間の電波観測の範囲内に戻っていることを示している。22ギガヘルツでは、ガスは星の半径の約2.7倍の距離で約3,500ケルビンに達し、3,476～3,650ケルビンの表面温度に匹敵する。この温度ピークは現在、2016年以前の測定よりも外側に位置しており、著者らは大気の密度が高さとともに減少する方法に変化が生じた可能性があると解釈している。

より内側では、これまでのどの電波観測よりも表面に近い領域を捉えた最高周波数のALMAデータが、半径の1.2倍の距離で約2,200ケルビンのガスを発見した。これは可視表面よりも1,000度以上冷たく、表面とその上の高温の彩層との間に長年疑われていた温度極小の存在を確認するものである。この冷たい層は、赤外線観測から推測される分子ガスの殻であるMOLsphereと一致する。すべての周波数において、電波温度は同じ高さの紫外線から推測される温度よりも低く、高温の彩層物質の中に冷たいガスが混ざっていることを示している。

参考までに、ベテルギウスの見かけの大きさは約44ミリ秒角である。もし太陽の位置に置かれた場合、その可視表面は火星の軌道を超える大きさになる。

特定に数十年を要した伴星

ベテルギウスは長い間、約400日と約2,100日（約6年）の二つの周期で明るさを変えてきたが、その原因は不明だった。二つの独立した研究が、ゆっくりとした周期は星の半径の約2.3倍の距離で拡大大気の中を公転する伴星によるものだと結論づけた。その後、スペックルイメージングチームが暫定的な検出を報告し、伴星をシワルハと名付けた。シワルハはアラビア語で「彼女の腕輪」を意味し、ベテルギウス自身の名「アル＝ジャウザーの手」にちなんでいる。この名称は現在、国際天文学連合（IAU）で正式に認められている。

その後もさらなる証拠が続いた。ハッブル宇宙望遠鏡による紫外線スペクトルは、伴星の軌道を追跡する線の形状と速度を示し、研究者らはそれを伴星の後方に引きずられる航跡と解釈した。最も強力な確認は、ESOの超大型望遠鏡（VLT）に搭載されたSPHERE装置による直接撮像で、予測位置に伴星を検出した。今回の電波の結果は、伴星が巨星自体の形状に与える影響という、別の種類の兆候を加えるものである。

電波マップが確定しないこと

楕円率はすべての波長帯と観測時期で小さく、その傾向は軌道上に散在する限られた観測数に基づいている。著者らは、この結果を伴星による周期的な摂動と矛盾しないと説明し、証明ではないとし、確認にはより広い周波数範囲と軌道位相をカバーするさらなる観測時期が必要だと述べている。

データには謎もある。楕円率は周波数を超えて伴星を追跡しているが、最適な楕円の向きは周波数間で一致しない。最高周波数のALMAバンドでは長軸が31～47度、2つの低周波数ALMAバンドでは約140度、VLAでは約90～120度となっている。一つの可能性として、各周波数が三次元的な擾乱、例えばハッブルデータから提案された航跡の異なる断面をサンプリングしている可能性があるが、それはまだ検証されていない。

チームはまた、伴星の予測位置付近の明るい斑点や非対称性を画像から探したが、明確に伴星に関連づけられるものは見つからなかった。その理由の一部は、一部の周波数での解像度が限られていることと、最も鮮明な観測時の伴星の位置が不都合だったことによる。シワルハ自体の性質、質量やタイプについては、依然として議論が続いている。もし若くてフレアを起こす星であることが判明すれば、今回の観測ではカバーされていない5～10ギガヘルツ程度の低周波数で可変的な電波放射を生み出す可能性がある。

ベテルギウスとシワルハに関するよくある質問

シワルハとは？

シワルハはベテルギウスの伴星である。赤色超巨星の拡大大気の中を、星の半径の約2.3倍の距離で公転し、約2,100日で一周する。その名前はアラビア語で「彼女の腕輪」を意味し、現在はIAUの正式名称である。

ベテルギウスはグレート・ディミングから回復したのか？

電波波長では、ほぼ回復した。減光直前に30年ぶりの最低値を記録した22ギガヘルツと44ギガヘルツの輝度温度は、過去約30年間に測定された範囲内に戻っている。減光自体は2019年末から2020年初めにかけて発生し、ベテルギウスは100年以上の記録の中で最も暗くなった。

ベテルギウスはもうすぐ爆発するのか？

この研究では、差し迫った超新星爆発を示すものは何もない。ベテルギウスは生涯の後期段階にある赤色超巨星であり、いつか爆発すると予想されているが、これらの観測は外層大気の振る舞いを追跡しており、中心核の状態を調べているわけではない。

ベテルギウスまでの距離は？

推定値はさまざまである。この研究では約222パーセク（約720光年）の距離を採用しているが、他の広く引用される数値では約650光年とより近い位置にあるとしている。いずれにせよ、地球に最も近い二つの赤色超巨星の一つである。

今後の展望

この論文は2026年9月に『アストロノミカル・ジャーナル』に掲載され、国立電波天文台（NRAO）が10月27日に結果を発表した。チームの軌道表によると、伴星は2026年4月にちょうど星の向こう側を通過し、次の最大離隔点に向かって戻っている最中であり、楕円効果が最も明確に現れる瞬間である。著者らは、より多くの周波数と軌道位相にわたる新たな観測時期を求め、スクエア・キロメートル・アレイ（SKA）や次世代超大型干渉電波望遠鏡群（ngVLA）がこのような測定を日常的に行えるようになることを期待している。それまでは、電波でシワルハを観測する唯一の方法は、ベテルギウスの形状変化を追跡することである。

参考文献：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

タグ: 天文学, ALMA, Betelgeuse, Siwarha, Very Large Array, 赤色超巨星

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