ha sperimentato insoliti cambiamenti di luminosità negli ultimi anni. NASA / JPL-Caltech
La scienza della caccia ai pianeti è veramente decollata nel 21 ° secolo, con il metodo del transito che guida la strada. Quando un pianeta passa davanti alla sua stella madre, rispetto alla nostra linea di vista, parte della luce della stella scomparirà per un breve periodo. Questi transiti sono un metodo prolifico per i cacciatori di esopianeti per cercare mondi intorno ad altre stelle. Ad oggi, siamo a conoscenza di migliaia di stelle con mondi intorno, e la maggior parte di esse sono state scoperte tramite il transito.
Quando si progetta una missione ottimizzata per cercare pianeti, ci si aspetta che la tecnica scopra qualche stranezza. Ma niente ha preparato gli astronomi a quella stranezza che è la stella di Tabby, il cui flusso si attenua in modo tremendo, senza alcun segnale che si ripeta regolarmente. Dopo anni di speculazioni su scenari che vanno dalle tempeste di comete alle megastrutture aliene, gli scienziati hanno finalmente risolto il mistero. La polvere, in un modo completamente nuovo, sembra essere il colpevole.
dalla stella di Tabby: KIC 8462852. Non mostrano alcuna prova di molte delle spiegazioni naturali per i flux dips osservati. All’infrarosso: IPAC/NASA (2MASS), a sinistra; Ultravioletto: STScI (GALEX), a destra
La missione Kepler della NASA ha cambiato il gioco, sorvegliando oltre 100.000 stelle per un periodo di molti anni. Delle centinaia di migliaia di stelle che la sonda Kepler della NASA ha osservato, una spicca come la più insolita. KIC 8462852 – conosciuta colloquialmente come la stella di Tabby/Boyajian (dal nome dello scopritore del suo interessante comportamento, Tabetha Boyajian) o la WTF? (per where’s the flux?) – ha una combinazione di proprietà che la rendono assolutamente unica. Tutto in una volta, essa:
- mostra enormi cali nel suo flusso, fino al 22% (mentre la maggior parte dei pianeti causa cali dell'<1%),
- sfuma lentamente su scale temporali di decenni con occasionali eventi di luminosità (cosa che nessun’altra stella simile è conosciuta per fare),
- dove la luminosità complessiva fluttua intorno ai buchi (piuttosto che la diminuzione e l’aumento regolari visti per i pianeti),
- ma senza emissione infrarossa (che tutte le altre stelle con grandi buchi di flusso hanno).
Questo ha creato un enorme rompicapo.
ha ripreso, ma l’imager infrarosso allo stato dell’arte progettato per immagini di dischi di esopianeti è SPHERE, che di routine ottiene risoluzioni di ~10″, o meno di 0,003 gradi per pixel. KIC 8462852 non ha queste proprietà o questa emissione infrarossa. SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) collaboration / Arthur Vigan
Non potrebbe essere un pianeta, perché nessun pianeta è abbastanza grande da bloccare così tanta luce dalla sua stella. Anche se si immagina un pianeta con un enorme sistema ad anelli, come un super-Saturno, quei cali di flusso sarebbero sia periodici che esibirebbero un modello regolare con un plateau. Questo contraddice i dati disponibili.
che circondano il giovane pianeta gigante o nana bruna J1407b. Mondi con straordinari sistemi ad anello potrebbero produrre grandi cali di flusso, ma questi cali sarebbero periodici e conterrebbero una componente di tipo planetario, che non viene osservata. Ron Miller
Questa potrebbe essere stata una stella molto giovane, con planetesimi, un disco proto-planetario e un ambiente estremamente polveroso. Abbiamo visto stelle con grandi flux dips intorno a loro, e sono tutte cadute in questa categoria.
Ma la stella di Boyajian è troppo vecchia per avere un disco protoplanetario: molte centinaia di milioni di anni di troppo. Inoltre, cosa più importante, non mostra l’emissione di flusso infrarosso che una stella con un disco protoplanetario dovrebbe avere. Questo è il motivo per cui la stella è stata originariamente chiamata “WTF? (per where’s the flux?) star.
un disco protoplanetario. Ci sono molte proprietà sconosciute sui dischi protoplanetari intorno a stelle simili al Sole, ma tutti mostrano radiazioni infrarosse. La stella di Tabby non ne ha. ESO/L. Calçada
Potrebbe trattarsi di una serie di eventi cometari, in cui emettono grandi quantità di polvere che viene calciata mentre si infrange sulla parte interna del sistema solare in questione. Questo potrebbe, come è stato dimostrato relativamente di recente, spiegare i cali di flusso a breve termine che sono stati visti.
vicino al nostro, chiamato Eta Corvi. Lo scenario della cometa è una spiegazione per l’oscuramento intorno alla stella di Tabby, uno che uno spettro astronomico di alta qualità ha ora escluso. NASA / JPL-Caltech
Ma c’è un altro fenomeno che questa soluzione proposta non può spiegare: l’oscuramento a lungo termine della stella. Questa stella non è chiamata “la stella di Tabby” o “la stella di Boyajian” perché è stata scoperta da quel particolare scienziato; solo perché ha guidato l’indagine scientifica riguardante l’interessante e importante nuovo comportamento.
Ma questa stella è conosciuta da oltre un secolo, e le osservazioni indicano un affievolimento a lungo termine, che questo modello non può rendere conto. La polvere cometaria viene soffiata via su tempi di mesi; ci vorrebbe un bombardamento quasi continuo di comete per sostenere un flusso ridotto su una scala temporale di oltre un secolo. Sarebbero necessarie molte comete in un’orbita simile, cosa che non sappiamo come ottenere.
con altre due stelle il cui flusso non è cambiato. Bradley E. Schaefer, via http://arxiv.org/abs/1601.03256
Quindi, quali possibili spiegazioni rimanevano? Un’idea popolare che è stata avanzata era quella delle megastrutture aliene: che una civiltà molto più avanti dell’umanità, tecnologicamente, stava costruendo un apparato che periodicamente (o aperiodicamente) bloccava una grande percentuale della luce della stella. Man mano che la struttura diventava sempre più completa, aumentava la quantità di luce che veniva bloccata. Nel corso dell’ultimo secolo, il fatto che la luce di questa stella si sia affievolita di una quantità così significativa potrebbe essere spiegato da un progresso nel modo in cui la struttura sarebbe stata completata.
È un’idea convincente, anche se fuori dagli schemi.
megastruttura che non è ancora completa, e potrebbe potenzialmente essere rilevabile dalla sonda Gaia. Tuttavia, questo non è ciò che sta accadendo intorno a KIC 8462852. L’evidenza spettrale lo esclude. Kevin McGill / flickr
Ma grazie a una miriade di osservazioni successive, sappiamo che è sbagliato. Il motivo? Un oggetto come una megastruttura aliena sarebbe completamente opaco alla luce: non sarebbe in grado di attraversarlo. Questo è altrettanto vero per cose come pianeti, lune, o qualsiasi altro oggetto “solido” che si possa immaginare.
Da oltre 19000 immagini scattate negli ultimi tre anni, in quattro diverse bande di lunghezza d’onda dalla luce blu fino alla luce infrarossa, abbiamo imparato che la luce blu è preferibilmente bloccata in tutti gli eventi di oscuramento: dai cali di flusso a breve termine alla dissolvenza a lungo termine della stella. C’è una cosa conosciuta che può causare il blocco della luce blu mentre la luce rossa viene trasmessa di preferenza: particelle di polvere che scendono almeno fino a una certa, minima dimensione.
globulo di Bok ricco di polvere, Barnard 68. La luce infrarossa non è bloccata quasi così tanto, poiché i grani di polvere più piccoli sono troppo piccoli per interagire con la luce a lunga lunghezza d’onda. ESO
Deve, quindi, essere polvere. Qualunque cosa stia causando i cali di flusso, così come qualunque cosa stia causando la dissolvenza a lungo termine, deve avere entrambi un’origine polverosa. I cali di Kepler e il “secular dimming” sono causati dallo stesso fenomeno. Secondo il nuovo documento stesso:
Questa estinzione cromatica implica dimensioni delle particelle di polvere che scendono fino a ~0,1 micron, suggerendo che questa polvere sarà rapidamente spazzata via dalla pressione della radiazione stellare, quindi le nubi di polvere devono essersi formate entro mesi. Le moderne osservazioni all’infrarosso sono state prese in un momento in cui c’era almeno il 12,4% ± 1,3% di copertura di polvere (come parte dell’oscuramento secolare), e questo è coerente con l’oscuramento originato dalla polvere circumstellare.
Questo è dove l’evidenza punta: alla polvere. Ma questo è ancora un po’ misterioso.
una stella, sovrapposta ai dati recenti di Tabetha Boyajian (2018, via Twitter) che mostrano alcuni recenti cali di flusso. La polvere non potrebbe essere sulla superficie della stella, come illustrato qui. KIC 8462852, una stella di classe F, è troppo calda perché questo sia plausibile. T. Boyajian / Twitter
Dopo tutto, la stella di Boyajian è una combinazione di cose che non ci aspetteremmo di trovare insieme.
- È coerente con l’avere una grande quantità di polvere circumstellare, che normalmente indica una stella estremamente giovane ancora in fase di formazione.
- La stella stessa è più luminosa, più calda e più massiccia del Sole: emette più di quattro volte la quantità di luce del nostro Sole.
- La stella è vecchia: centinaia di milioni di anni, bruciando stabilmente sulla sequenza principale secondo tutti i conti.
In altre parole, la polvere che vediamo dovrebbe durare solo mesi date le proprietà della stella stessa. Ci deve essere un modo per la stella di rifornire la sua polvere. Per quanto ne sappiamo, ci sono due possibilità che hanno senso: o c’è un anello di polvere esterno che ha dense nubi di polvere al suo interno o eventi di bombardamento infallibili, o c’è qualcosa di esterno alla stella che porta a questo blocco della luce della stella.
detriti polverosi dovrebbero esistere intorno a questa stella. Se è così, è incredibilmente serendipitoso che il piano sia così perfettamente allineato con la nostra linea di vista, un evento notevole e improbabile se vero. Anche se le probabilità sono grandi come l’1%, sarebbe un puzzle che non abbiamo visto altre stelle simili (il 99%) senza un tale allineamento. NASA / JPL-Caltech
La luminosità in calo che è stata osservata dal 1890 sembra continuare attraverso i dati attuali del 2018, ma non è costante. Inoltre, ci sono cali di lungo periodo che durano mesi, e cali più brevi che durano un giorno o meno sovrapposti ad essi. È sicuramente dovuto alle particelle di polvere, fino a circa 100 nanometri di dimensione. Il rapporto di come la luce si attenua in diverse lunghezze d’onda/colori lo dimostra ed esclude altre ipotesi.
Ma da dove viene questa polvere? Per aiutare a restringere il campo, gli scienziati coinvolti hanno calcolato quanta polvere deve essere coinvolta per spiegare gli ultimi 100 e più anni di oscuramento ed eventi di immersione. Per quello che è solo nel piano di transito definito dal nostro solo punto di vista, dobbiamo avere una quantità di polvere pari a circa la massa della Luna.
considerata per spiegare la stella di Tabby. Invece, una serie di oggetti simili a comete di lungo periodo con aloni di polvere massiccia potrebbe causare questi temporanei e transitori cali di flusso, ma una quantità molto grande di massa, che non è sotto forma di oggetti opachi, deve esistere per farlo. NASA/JPL-Caltech
Ma potrebbe esserci molto di più. Precedenti ricercatori hanno anche suggerito che ci potrebbe essere una grande quantità di polvere interstellare più lontana, cosa che i dati supportano.
Questa potrebbe sostituire o essere in aggiunta alla presenza della polvere circumstellare. Per quanto riguarda un disco di materiale intorno alla stella, il disco è il minimo indispensabile. Ci potrebbe essere una grande quantità di polvere che non è solo nel piano che osserviamo, ma anche al di fuori di esso: forse in un alone. Semplicemente non lo sappiamo, ma sappiamo che se esiste, non può essere abbastanza vicina da emettere radiazione infrarossa. Anche le comete dovrebbero creare radiazione infrarossa; il telescopio spaziale James Webb dovrebbe essere in grado di dire, quando si verificano i cali di flusso, se l’ipotesi cometa è dentro o fuori.
o i pianeti che le orbitano vicino emetterebbero radiazione infrarossa, dove non se ne vede nessuna. Se c’è un anello di polvere (o alone) più lontano, tuttavia, che potrebbe spiegare queste osservazioni. ESA, NASA, e L. Calcada (ESO per STScI)
E infine, c’è un curioso candidato alla spiegazione che è stato proposto: questa polvere potrebbe essere il risultato di un caso di indigestione stellare.
Se un pianeta gigante gassoso – diciamo, delle dimensioni di Urano – fosse divorato da questa stella, potrebbe essere il colpevole. Un’inspirazione di un pianeta o di una serie di corpi planetari molto tempo fa, forse secoli o addirittura molti millenni fa, potrebbe aver causato una temporanea schiarita, dalla quale la stella sta ora tornando al suo stato originale e stabile. I cali di flusso che osserviamo, quindi, potrebbero essere dovuti ai detriti planetari di una precedente perturbazione, o all’evaporazione e al degassamento di corpi più piccoli.
Giove è così vicino al suo ospite che la sua atmosfera viene bollita nello spazio. Se un gigante gassoso è stato recentemente inghiottito da KIC 8462852, potrebbe potenzialmente “eruttare” particelle di polvere che potrebbero causare l’oscuramento osservato. NASA / GSFC
A prescindere dal meccanismo in questione, possiamo essere certi di una conclusione: la ragione dell’oscuramento della stella di Boyajian è dovuta alla polvere. Si tratta di normale polvere particellare, contenente particelle di dimensioni fino a circa 100 nanometri, ovvero più piccole della lunghezza d’onda della luce visibile. La stessa polvere che causa brevi cali di un giorno o poco più, causa anche cali che durano molti mesi, e causa anche il declino che dura da più di un secolo. È tutto dovuto alla semplice, normale polvere.
La grande domanda aperta che rimane ora è da dove viene questa polvere? Non è perché la stella è giovane o ancora in formazione, e ci sono incredibili vincoli che la stella abbia un compagno invisibile. Non può provenire tutta da polvere interstellare. È stato divorato un pianeta? C’è qualcosa di ancora più insolito in atto? L’unico modo per saperlo sarà con altra – e migliore – scienza su questo oggetto. Ma una cosa è certa: anche se le megastrutture aliene esistono da qualche parte, non sono qui.