Vergessen Sie außerirdische Megastrukturen, neue Beobachtungen erklären Tabbys Stern allein mit Staub

Die Wissenschaft der Planetenjagd hat im 21. Jahrhundert einen regelrechten Aufschwung erlebt, wobei die Transitmethode führend ist. Wenn ein Planet relativ zu unserer Sichtlinie vor seinem Mutterstern vorbeizieht, verschwindet ein Teil des Lichts des Sterns für eine kurze Zeit. Diese Transite sind für Exoplanetenjäger eine ergiebige Methode, um nach Welten um andere Sterne zu suchen. Bis heute kennen wir Tausende von Sternen mit Welten um sie herum, und die meisten von ihnen wurden durch Transite entdeckt.

Wenn man eine Mission konzipiert, die für die Suche nach Planeten optimiert ist, erwartet man, dass die Technik ein paar Merkwürdigkeiten aufdeckt. Aber nichts bereitete die Astronomen auf den Sonderling Tabbys Stern vor, dessen Lichtstrom um ein Vielfaches schwächer wird, ohne dass es regelmäßig wiederkehrende Signale gibt. Nach jahrelangen Spekulationen über Szenarien, die von Kometenstürmen bis hin zu außerirdischen Megastrukturen reichen, haben die Wissenschaftler das Rätsel nun endlich gelöst. Staub scheint auf völlig neue Weise der Schuldige zu sein.

Die Kepler-Mission der NASA hat das Spiel verändert, indem sie über einen Zeitraum von mehreren Jahren mehr als 100.000 Sterne vermessen hat. Von den Hunderttausenden von Sternen, die die Kepler-Sonde der NASA beobachtet hat, sticht einer als der ungewöhnlichste hervor. KIC 8462852 – umgangssprachlich auch bekannt als Tabby’s/Boyajian’s Stern (nach der Entdeckerin seines interessanten Verhaltens, Tabetha Boyajian) oder WTF? (für „Where’s the flux?“) genannt – hat eine Kombination von Eigenschaften, die ihn völlig einzigartig machen. Auf einmal ist er:

• zeigt er enorme Einbrüche in seinem Lichtstrom, bis zu 22% (während die meisten Planeten <1% Einbrüche verursachen),
• verblasst langsam über Zeitskalen von Jahrzehnten mit gelegentlichen Aufhellungen (was bei keinem anderen, ähnlichen Stern bekannt ist),
• wobei die Gesamthelligkeit um die Einbrüche herum schwankt (anstelle der gleichmäßigen Abnahme und Zunahme, die man bei Planeten sieht),
• aber ohne Infrarotemission (die alle anderen Sterne mit großen Flusseinbrüchen aufweisen).

Das gab ein großes Rätsel auf.

Es können keine Planeten sein, denn kein Planet ist groß genug, um so viel Licht von seinem Stern zu blockieren. Selbst wenn man sich einen Planeten mit einem riesigen Ringsystem vorstellt, wie z.B. einen Super-Saturn, würden diese Lichtstromeinbrüche sowohl periodisch sein als auch ein glattes Muster mit einem Plateau aufweisen. Dies widerspricht den verfügbaren Daten.

Dieser Stern könnte sehr jung gewesen sein, mit Planetesimalen, einer proto-planetaren Scheibe und einer extrem staubigen Umgebung. Wir haben schon Sterne mit großen Flusseinbrüchen um sie herum gesehen, die alle in diese Kategorie fielen.

Aber Boyajians Stern ist viel zu alt, um eine protoplanetare Scheibe zu haben: viele hundert Millionen Jahre zu alt. Vor allem zeigt er auch nicht die Infrarotstrahlung, die ein Stern mit einer protoplanetaren Scheibe haben sollte. Aus diesem Grund wurde der Stern ursprünglich „WTF?“ genannt. (für Wo ist der Fluss?) genannt.

Es könnte sich um eine Reihe von Kometenereignissen handeln, bei denen große Mengen an Staub aufgewirbelt werden, während sie auf den inneren Teil des betreffenden Sonnensystems fallen. Dies könnte, wie vor kurzem gezeigt wurde, die kurzzeitigen Flusseinbrüche erklären, die

Aber es gibt noch ein anderes Phänomen, das mit dieser vorgeschlagenen Lösung nicht erklärt werden kann: die langfristige Verdunkelung des Sterns. Dieser Stern wird nicht „Tabbys Stern“ oder „Boyajians Stern“ genannt, weil er von diesem bestimmten Wissenschaftler entdeckt wurde, sondern nur, weil sie die wissenschaftliche Untersuchung dieses interessanten und wichtigen neuen Verhaltens leitete.

Aber dieser Stern ist seit über einem Jahrhundert bekannt, und Beobachtungen deuten auf ein langfristiges Verblassen hin, das dieses Modell nicht erklären kann. Kometenstaub wird in Zeiträumen von Monaten weggeblasen; es wäre ein nahezu kontinuierliches Bombardement von Kometen erforderlich, um einen reduzierten Fluss über einen Zeitraum von über einem Jahrhundert aufrechtzuerhalten. Dazu wären viele Kometen in einer ähnlichen Umlaufbahn erforderlich, von denen wir nicht wissen, wie sie zu erreichen sind.

Welche möglichen Erklärungen blieben also? Eine populäre Idee war die von außerirdischen Megastrukturen: eine Zivilisation, die der Menschheit technologisch weit voraus war, baute einen Apparat, der periodisch (oder aperiodisch) einen großen Teil des Sternenlichts blockierte. Mit zunehmender Fertigstellung der Struktur würde sich der Anteil des blockierten Lichts erhöhen. Die Tatsache, dass sich das Licht dieses Sterns im Laufe des letzten Jahrhunderts so stark abgeschwächt hat, ließe sich dadurch erklären, dass die Struktur immer vollständiger wurde.

Es ist eine überzeugende, wenn auch unkonventionelle Idee.

Aber dank einer Vielzahl von Folgebeobachtungen wissen wir, dass dies falsch ist. Der Grund? Ein Objekt wie eine außerirdische Megastruktur wäre für das Licht völlig undurchsichtig: Es könnte es nicht durchdringen. Das gilt auch für Planeten, Monde oder andere „feste“ Objekte, die man sich vorstellen kann.

Aus über 19000 Bildern, die in den letzten drei Jahren in vier verschiedenen Wellenlängenbereichen von blauem Licht bis hin zu infrarotem Licht aufgenommen wurden, haben wir gelernt, dass blaues Licht bei allen Verdunkelungsereignissen bevorzugt blockiert wird: von den kurzfristigen Flusseinbrüchen bis hin zum langfristigen Verblassen des Sterns. Es ist eine Sache bekannt, die dazu führen kann, dass blaues Licht blockiert wird, während rötliches Licht bevorzugt durchgelassen wird: Staubpartikel, die zumindest eine bestimmte, minimale Größe erreichen.

Es muss sich also um Staub handeln. Was auch immer die Flusseinbrüche verursacht, und was auch immer das langfristige Ausbleichen verursacht, muss beide einen staubigen Ursprung haben. Die Kepler-Einbrüche und das „säkulare Dimming“ werden durch dasselbe Phänomen verursacht. In der neuen Veröffentlichung heißt es:

Diese chromatische Extinktion impliziert Staubpartikelgrößen bis hinunter zu ~0,1 Mikrometer, was darauf hindeutet, dass dieser Staub durch den stellaren Strahlungsdruck schnell weggeblasen wird, so dass sich die Staubwolken innerhalb weniger Monate gebildet haben müssen. Die modernen Infrarotbeobachtungen wurden zu einem Zeitpunkt gemacht, als die Staubbedeckung mindestens 12,4 % ± 1,3 % betrug (als Teil der säkularen Verdunkelung), was mit einer Verdunkelung durch zirkumstellaren Staub übereinstimmt.

Das sind die Beweise, die auf Staub hinweisen. Aber das ist immer noch etwas rätselhaft.

Schließlich ist Boyajians Stern eine Kombination von Dingen, die wir nicht zusammen erwarten würden.

• Es passt zu einer großen Menge an zirkumstellarem Staub, was normalerweise auf einen extrem jungen Stern hinweist, der sich noch in der Entstehungsphase befindet.
• Der Stern selbst ist heller, heißer und massereicher als die Sonne: Er strahlt mehr als viermal so viel Licht ab wie unsere Sonne.
• Der Stern ist alt: Hunderte von Millionen Jahren alt und brennt nach allem, was man weiß, stabil auf der Hauptreihe.

Mit anderen Worten, der Staub, den wir sehen, sollte angesichts der Eigenschaften des Sterns selbst nur Monate dauern. Es muss einen Weg geben, wie der Stern seinen Staub wieder auffüllen kann. Soweit wir wissen, gibt es zwei Möglichkeiten, die Sinn machen: Entweder gibt es einen externen Staubring mit dichten Staubwolken oder einfallenden Bombardements, oder es gibt etwas außerhalb des Sterns, das zu dieser Blockierung des Sternenlichts führt.

Die seit 1890 beobachtete abnehmende Helligkeit scheint sich in den aktuellen Daten von 2018 fortzusetzen, aber sie ist nicht konstant. Darüber hinaus gibt es monatelange Einbrüche und kürzere Einbrüche von einem Tag oder weniger, die sich überlagern. Dies ist definitiv auf Staubpartikel zurückzuführen, die vielleicht nur etwa 100 Nanometer groß sind. Das Verhältnis der Lichtabschwächung bei verschiedenen Wellenlängen/Farben beweist dies und schließt andere Hypothesen aus.

Aber woher kommt der Staub? Um diese Frage einzugrenzen, berechneten die beteiligten Wissenschaftler, wie viel Staub beteiligt sein muss, um die seit mehr als 100 Jahren andauernden Verdunkelungen und Abblendungen zu erklären. Allein für das, was sich in der Transitebene befindet, die durch unseren Blickwinkel definiert ist, müssten wir eine Staubmenge haben, die etwa der Masse des Mondes entspricht.

Aber es könnte noch viel mehr sein. Frühere Forscher haben auch angedeutet, dass es eine große Menge an weiter entferntem, interstellarem Staub geben könnte, was die Daten bestätigen.

Dies könnte entweder den zirkumstellaren Staub ersetzen oder zu ihm hinzukommen. Was eine Scheibe aus Material um den Stern angeht, so ist die Scheibe ein absolutes Minimum. Es könnte eine große Menge an Staub geben, der sich nicht nur in der Ebene befindet, die wir beobachten, sondern auch außerhalb davon: vielleicht in einem Halo. Wir wissen es einfach nicht, aber wir wissen, dass er, wenn er existiert, nicht nahe genug sein kann, um Infrarotstrahlung zu emittieren. Auch Kometen sollten Infrarotstrahlung erzeugen; das James-Webb-Weltraumteleskop sollte in der Lage sein, beim Auftreten von Flusseinbrüchen festzustellen, ob die Kometenhypothese stimmt oder nicht.

Und schließlich gibt es noch einen kuriosen Erklärungsvorschlag: Dieser Staub könnte das Ergebnis einer stellaren Verdauungsstörung sein.

Wenn ein Gasriesenplanet – etwa von der Größe des Uranus – von diesem Stern verschlungen würde, könnte er der Übeltäter sein. Ein Einschlag eines Planeten oder einer Reihe von Planetenkörpern vor langer Zeit, vielleicht vor Jahrhunderten oder sogar vielen Jahrtausenden, könnte eine vorübergehende Aufhellung verursacht haben, von der der Stern nun in seinen ursprünglichen, stabilen Zustand zurückkehrt. Die Flusseinbrüche, die wir beobachten, könnten also auf Planetentrümmer einer früheren Störung oder auf Verdampfung und Ausgasung kleinerer Körper zurückzuführen sein.

Ungeachtet des fraglichen Mechanismus können wir uns einer Schlussfolgerung sicher sein: Der Grund für die Verdunkelung des Boyajian-Sterns liegt im Staub. Dabei handelt es sich um normalen Staub, dessen Partikelgröße bis zu 100 Nanometer beträgt, also kleiner ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Derselbe Staub, der kurze, höchstens einen Tag andauernde Einbrüche verursacht, verursacht auch Einbrüche, die viele Monate andauern, und er verursacht auch den Rückgang, der mehr als ein Jahrhundert angedauert hat. Das alles ist auf ganz normalen Staub zurückzuführen.

Die große, offene Frage, die jetzt bleibt, ist, woher dieser Staub kommt? Der Stern ist weder jung noch in der Entstehung begriffen, und es ist sehr unwahrscheinlich, dass der Stern einen unsichtbaren Begleiter hat. Es kann nicht alles aus interstellarem Staub stammen. Wurde ein Planet verschlungen? Ist etwas noch Ungewöhnlicheres im Gange? Der einzige Weg, dies herauszufinden, sind weitere – und bessere – wissenschaftliche Untersuchungen an diesem Objekt. Aber eines ist sicher: Selbst wenn irgendwo außerirdische Megastrukturen existieren, sind sie nicht hier.