har oplevet usædvanlige ændringer i lysstyrke i løbet af de sidste par år. NASA / JPL-Caltech
Videnskaben om planetjagt har virkelig taget fart i det 21. århundrede, og transitmetoden har vist vejen. Når en planet passerer foran sin moderstjerne i forhold til vores sigtelinje, vil noget af stjernens lys forsvinde for en kort stund. Disse transits er en produktiv metode for exoplanetjægere til at lede efter verdener omkring andre stjerner. I dag kender vi til tusindvis af stjerner med verdener omkring dem, og de fleste af dem blev opdaget ved transit.
Når man designer en mission, der er optimeret til at lede efter planeter, forventer man, at teknikken vil afsløre nogle få mærkværdigheder. Men intet forberedte astronomerne på den særling, som Tabbys stjerne er, hvis flux svinder enormt meget, uden at der er nogen regelmæssigt gentagne signaler. Efter flere års spekulationer om scenarier, der spænder fra kometstorme til fremmede megastrukturer, har forskerne endelig løst mysteriet. Støv ser på en helt ny måde ud til at være synderen.
fra Tabby’s stjerne: KIC 8462852. De viser ingen tegn på en lang række af de naturlige forklaringer på de observerede fluxdykninger. Infrarødt: IPAC/NASA (2MASS), til venstre; Ultraviolet: IPAC/NASA (2MASS), til venstre; Ultraviolet: STScI (GALEX), til højre
NASA’s Kepler-mission ændrede spillet, idet den undersøgte over 100.000 stjerner i en periode på mange år. Af de hundredtusindvis af stjerner, som NASA’s Kepler-rumfartøj observerede, er der én, der skiller sig ud som den mest usædvanlige. KIC 8462852 – kendt i daglig tale som enten Tabby’s/Boyajian’s stjerne (efter opdageren af dens interessante adfærd, Tabetha Boyajian) eller WTF? (for “where’s the flux?”) – har en kombination af egenskaber, som gør den helt unik. På en og samme tid er den:
- udviser enorme fald i sin flux, med op til 22% (mens de fleste planeter forårsager <1% dips),
- falmer langsomt over tidsskalaer på årtier med lejlighedsvise lysere hændelser (hvilket ingen andre, lignende stjerner vides at gøre),
- hvor den samlede lysstyrke svinger omkring dykningerne (i stedet for den jævne af- og tilvækst, der ses for planeter),
- men uden infrarød emission (hvilket alle andre stjerner med store fluxdykninger har).
Dette skabte en stor gåde.
afbildet, men det mest avancerede infrarøde billeddanner, der er designet til billeder af exoplanetskiver, er SPHERE, som rutinemæssigt opnår opløsninger på ~10″, eller mindre end 0,003 grader pr. pixel. KIC 8462852 har ikke disse egenskaber eller denne infrarøde emission. SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) samarbejde / Arthur Vigan
Det kan ikke være planeter, for ingen planet er stor nok til at blokere så meget lys fra sin stjerne. Selv hvis man forestiller sig en planet med et enormt ringformet system, som en super-Saturn, ville disse fluxdyk både være periodiske og udvise et jævnt mønster med et plateau. Dette er i modstrid med de tilgængelige data.
kredser om den unge kæmpeplanet eller brune dværg J1407b. Verdener med ekstraordinære ringformede systemer kunne producere store fluxdyk, men disse dyk ville være periodiske og indeholde en planetlignende komponent, hvilket ikke er observeret. Ron Miller
Dette kunne have været en meget ung stjerne, med planetesimaler, en protoplanetarisk skive og et ekstremt støvet miljø. Vi har set stjerner med store fluxdyk omkring dem, og de er alle faldet i denne kategori.
Men Boyajians stjerne er alt for gammel til at have en protoplanetarisk disk: mange hundrede millioner år for gammel. Den udviser også, og det er det vigtigste, ikke den infrarøde fluxemission, som en stjerne med en protoplanetarisk disk burde have. Det er derfor, at stjernen oprindeligt blev kaldt “WTF?”. (for hvor er fluxen?) stjerne.
en protoplanetarisk disk. Der er mange ukendte egenskaber ved protoplanetariske skiver omkring sollignende stjerner, men de udviser alle infrarød stråling. Tabby’s stjerne har ingen. ESO/L. Calçada
Det kunne være en række kometære hændelser, hvor de udsender store mængder støv, der bliver sparket op, når de falder ned på den indre del af det pågældende solsystem. Dette kunne, som det blev vist for relativt nylig, forklare de kortvarige fluxdyk, der er blevet set.
nær vores egen, kaldet Eta Corvi. Komet-scenariet er en forklaring på dæmpningen omkring Tabbys stjerne, en forklaring som et astronomisk spektrum af høj kvalitet nu har udelukket. NASA / JPL-Caltech
Men der er et andet fænomen, som denne foreslåede løsning ikke kan redegøre for: stjernens langvarige dæmpning. Denne stjerne kaldes ikke “Tabbys stjerne” eller “Boyajians stjerne”, fordi den blev opdaget af netop denne forsker; kun fordi hun ledede den videnskabelige undersøgelse vedrørende den interessante og vigtige nye adfærd.
Men denne stjerne har været kendt i over et århundrede, og observationer tyder på en langvarig svækkelse, som denne model ikke kan redegøre for. Kometstøv bliver blæst væk på tidsskalaer på måneder; det ville kræve et næsten kontinuerligt bombardement af kometer for at opretholde en reduceret flux over en tidsskala på over et århundrede. Der ville være behov for mange kometer i en lignende bane, hvilket vi ikke ved, hvordan man får fat i.
med to andre stjerner, hvis flux ikke har ændret sig. Bradley E. Schaefer, via http://arxiv.org/abs/1601.03256
Så, hvilke mulige forklaringer var der tilbage? En populær idé, der blev fremsat, var den om fremmede megastrukturer: at en civilisation, der teknologisk set var langt foran menneskeheden, konstruerede et apparat, der periodisk (eller aperiodisk) blokerede en stor procentdel af stjernens lys. Efterhånden som strukturen blev mere og mere komplet, ville det øge den mængde lys, der blev blokeret. I løbet af det sidste århundrede kunne det faktum, at lyset fra denne stjerne var blevet dæmpet med en så betydelig mængde, forklares ved en fremgang i, hvor færdiggjort strukturen ville være.
Det er en overbevisende, om end ude af boksen, idé.
megastruktur, der endnu ikke er færdig, og som potentielt kunne spores af Gaia-rumfartøjet. Det er imidlertid ikke det, der sker omkring KIC 8462852. De spektrale beviser udelukker det. Kevin McGill / flickr
Men takket være et utal af opfølgende observationer ved vi, at det er forkert. Årsagen? Et objekt som en fremmed megastruktur ville være fuldstændig uigennemsigtigt for lys: Det ville ikke kunne passere igennem det. Dette gælder også for ting som planeter, måner og alle andre “faste” objekter, du kan forestille dig.
Fra over 19.000 billeder, der er taget i løbet af de sidste tre år, i fire forskellige bølgelængdebånd fra blåt lys hele vejen til infrarødt lys, har vi lært, at blåt lys fortrinsvis blokeres i alle dimming-hændelser: fra de kortvarige fluxdyk til den langsigtede udtynding af stjernen. Der er én ting kendt, som kan forårsage, at blåt lys blokeres, mens rødt lys fortrinsvis transmitteres: støvpartikler, der går ned til mindst en vis, minimal størrelse.
støvrig Bok-globule, Barnard 68. Det infrarøde lys bliver ikke blokeret nær så meget, da de mindre støvkorn er for små til at interagere med det langbølgede lys. ESO
Det må derfor være støv. Hvad der end forårsager fluxdykningerne, såvel som hvad der forårsager den langsigtede udtoning, må begge have en støvet oprindelse. Kepler-dykkerne og den “sekulære dimming” er forårsaget af det samme fænomen. Ifølge den nye artikel selv:
Denne kromatiske udtynding indebærer støvpartiklestørrelser, der går ned til ~0,1 mikron, hvilket tyder på, at dette støv hurtigt vil blive blæst væk af stjernernes strålingstryk, så støvskyerne må være dannet inden for få måneder. De moderne infrarøde observationer blev taget på et tidspunkt, hvor der var mindst 12,4% ± 1,3% støvdækning (som en del af den sekulære dæmpning), og dette er i overensstemmelse med dæmpning, der stammer fra circumstellart støv.
Det er her, beviserne peger: på støv. Men det er stadig lidt mystisk.
en stjerne, overlejret med nylige data fra Tabetha Boyajian (2018, via Twitter), der viser nogle nylige fluxdykninger. Støvet kunne ikke være på stjernens overflade, som det er illustreret her. KIC 8462852, en F-klasse stjerne, er for varm til, at dette kan være plausibelt. T. Boyajian / Twitter
Boyajians stjerne er trods alt en kombination af ting, som vi ikke ville forvente at finde sammen.
- Det er i overensstemmelse med at have en stor mængde circumstellart støv, hvilket normalt indikerer en ekstremt ung stjerne, der stadig er i den formative fase.
- Stjernen selv er lysere, varmere og mere massiv end Solen: den afgiver mere end fire gange så meget lys som vores Sol gør.
- Stjernen er gammel: hundrede millioner af år gammel og brænder efter alt at dømme stabilt på hovedrækken.
Med andre ord burde det støv, vi ser, kun vare måneder i betragtning af selve stjernens egenskaber. Der må være en måde, hvorpå stjernen kan genopfylde sit støv. Så vidt vi ved, er der to muligheder, der giver mening: Enten er der en ekstern støvring, der har tætte støvskyer i sig eller indfaldende bombardementer, eller også er der noget uden for stjernen, der fører til denne blokering af stjernens lys.
støvede vragrester burde eksistere omkring denne stjerne. Hvis det er tilfældet, er det utroligt serendipitøst, at flyet er så perfekt justeret med vores sigtelinje, en bemærkelsesværdig og usandsynlig hændelse, hvis den er sand. Selv hvis chancen er så stor som 1 %, ville det være en gåde, at vi ikke har set andre, lignende stjerner (de 99 %) uden en sådan justering. NASA / JPL-Caltech
Den faldende lysstyrke, der er blevet observeret siden 1890, ser ud til at fortsætte gennem de aktuelle data fra 2018, men den er ikke konstant. Dertil kommer, at der er langvarige dyk, der varer måneder, og kortere dyk, der varer en dag eller mindre, der er overlejret oven på dem. Det skyldes helt sikkert støvpartikler, ned til måske omkring 100 nanometer i størrelse. Forholdet mellem, hvordan lyset svækkes i forskellige bølgelængder/farver, viser det og udelukker andre hypoteser.
Men hvor kommer det støv fra? For at hjælpe med at indsnævre dette har de involverede forskere beregnet, hvor meget støv der skal til for at forklare de seneste 100+ års dæmpnings- og neddæmpningshændelser. For det, der blot er i det transitplan, der alene er defineret af vores synspunkt, skal der en mængde støv til, der svarer til ca. månens masse.
overvejet for at forklare Tabby’s stjerne. I stedet kunne en række kometlignende objekter med lange perioder og massive støvhaloer forårsage disse midlertidige, forbigående fluxdyk, men der skal en meget stor mængde masse, som ikke er i form af uigennemsigtige objekter, til for at gøre det. NASA/JPL-Caltech
Men der kunne være meget mere. Tidligere forskere har også foreslået, at der kunne være en stor mængde mere fjerntliggende, interstellært støv, hvilket dataene understøtter.
Det kunne enten erstatte eller være i tillæg til det circumstellare støvs tilstedeværelse. Hvad angår en disk af materiale omkring stjernen, så er disken et absolut minimum. Der kunne være en stor mængde støv, som ikke blot befinder sig i det plan, vi observerer, men også uden for det: i måske en halo. Vi ved det simpelthen ikke, men vi ved, at hvis det findes, kan det ikke være tæt nok på til at udsende infrarød stråling. Kometer burde også skabe infrarød stråling; James Webb-rumteleskopet burde kunne fortælle, når fluxdykkerne opstår, om komethypotesen er inde eller ude.
eller de planeter, der kredser om den tæt på, ville udsende infrarød stråling, hvor man ikke ser nogen. Hvis der imidlertid er en støvring (eller halo) længere ude, kunne det forklare disse observationer. ESA, NASA og L. Calcada (ESO for STScI)
Endeligt er der en mærkelig kandidatforklaring, der er blevet foreslået: Dette støv kunne være resultatet af et tilfælde af stjernens fordøjelsesbesvær.
Hvis en gasgigantplanet – lad os sige på størrelse med Uranus – blev slugt af denne stjerne, kunne det være den skyldige. En inspiration af en planet eller en række planetariske legemer for lang tid siden, måske for århundreder eller endda mange årtusinder siden, kunne have forårsaget en midlertidig lysning, hvorfra stjernen nu er ved at vende tilbage til sin oprindelige, stabile tilstand. De fluxdyk, vi observerer, kan derfor skyldes planetariske rester fra en tidligere forstyrrelse eller fordampning og udgasning af mindre legemer.
Jupiter er så tæt på sin vært, at dens atmosfære bliver kogt ud i rummet. Hvis en gasgigant for nylig blev opslugt af KIC 8462852, kunne den potentielt “bøvse” støvpartikler, som kan forårsage den observerede dæmpning. NASA / GSFC
Uanset hvilken mekanisme der er tale om, kan vi være sikre på én konklusion: Årsagen til Boyajians stjernes dæmpning skyldes støv. Det er normalt, partikulært støv, der indeholder partikelstørrelser ned til omkring 100 nanometer, dvs. mindre end bølgelængden for synligt lys. Det samme støv, der forårsager korte dykninger på en dag eller mindre, forårsager også dykninger, der varer mange måneder, og er også årsag til den nedgang, der har varet i mere end et århundrede. Det hele skyldes almindeligt, normalt støv.
Det store, åbne spørgsmål, der nu står tilbage, er, hvor dette støv kommer fra? Det er det ikke, fordi stjernen er ung eller stadig under dannelse, og der er utrolige begrænsninger på, at stjernen har en usynlig ledsager. Det kan ikke alt sammen komme fra interstellært støv. Blev en planet opslugt? Er der noget endnu mere usædvanligt på færde? Den eneste måde at finde ud af det på er ved hjælp af mere – og bedre – videnskab om dette objekt. Men én ting er sikkert: Selv om der findes fremmede megastrukturer et eller andet sted, så er de ikke her.