doświadczyła niezwykłych zmian jasności w ciągu ostatnich kilku lat. NASA / JPL-Caltech
Nauka o polowaniu na planety naprawdę wystartowała w XXI wieku, z metodą tranzytu na czele. Kiedy planeta przechodzi przed swoją macierzystą gwiazdą, w stosunku do naszej linii widzenia, część światła gwiazdy znika na krótką chwilę. Tranzyty te są płodną metodą dla łowców egzoplanet do poszukiwania światów wokół innych gwiazd. Na dzień dzisiejszy wiemy o tysiącach gwiazd posiadających światy wokół siebie, a większość z nich została odkryta dzięki tranzytom.
Kiedy projektujesz misję zoptymalizowaną do poszukiwania planet, spodziewasz się, że technika ta odkryje kilka dziwactw. Jednak nic nie przygotowało astronomów na dziwactwo, jakim jest gwiazda Tabby, której strumień świetlny ulega ogromnemu przyciemnieniu, bez żadnych regularnie powtarzających się sygnałów. Po latach spekulacji dotyczących różnych scenariuszy, od burz kometowych po megastruktury obcych, naukowcy w końcu rozwiązali tę zagadkę. Pył, w zupełnie nowy sposób, wydaje się być winowajcą.
od gwiazdy Tabby: KIC 8462852. Nie wykazują one żadnych dowodów na istnienie wielu naturalnych wyjaśnień dla obserwowanych spadków strumienia. Podczerwień: IPAC/NASA (2MASS), po lewej; Ultrafiolet: STScI (GALEX), po prawej
Należąca do NASA misja Kepler zmieniła grę, badając ponad 100 000 gwiazd przez okres wielu lat. Spośród setek tysięcy gwiazd, które sonda Kepler NASA zaobserwowała, jedna wyróżnia się jako najbardziej niezwykła. KIC 8462852 – zwana potocznie gwiazdą Tabby’ego/Boyajiana (od nazwiska odkrywczyni jej ciekawego zachowania, Tabethy Boyajian) lub WTF? (od ang. Where’s the flux?) gwiazda – posiada kombinację właściwości, które czynią ją całkowicie wyjątkową. Wszystko na raz, to:
- wykazuje ogromne spadki swojego strumienia, nawet o 22% (podczas gdy większość planet powoduje <1% spadki),
- zanika powoli w skali czasowej dziesięcioleci z okazjonalnymi zdarzeniami rozjaśnienia (czego nie potrafi żadna inna, podobna gwiazda),
- gdzie całkowita jasność fluktuuje wokół spadków (raczej niż gładki spadek i wzrost obserwowany u planet),
- ale bez emisji w podczerwieni (którą posiadają wszystkie inne gwiazdy z dużymi spadkami strumienia).
Wytworzyło to ogromną zagadkę.
obrazowanie, ale najnowocześniejszą podczerwoną kamerą przeznaczoną do zdjęć dysków egzoplanet jest SPHERE, która rutynowo uzyskuje rozdzielczości ~10″, czyli mniej niż 0,003 stopnia na piksel. KIC 8462852 nie ma takich właściwości ani takiej emisji w podczerwieni. SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) collaboration / Arthur Vigan
To nie mogą być planety, ponieważ żadna planeta nie jest wystarczająco duża, aby zablokować tyle światła od swojej gwiazdy. Nawet jeśli wyobrazisz sobie planetę z ogromnym systemem pierścieniowym, jak super-Saturn, te spadki strumienia byłyby zarówno okresowe, jak i wykazywałyby gładki wzór z plateau. Zaprzecza to dostępnym danym.
krążące wokół młodej planety olbrzyma lub brązowego karła J1407b. Światy z niezwykłymi układami pierścieniowymi mogłyby produkować duże spadki strumienia, ale te spadki byłyby okresowe i zawierałyby składnik planetopodobny, który nie jest obserwowany. Ron Miller
To mogła być bardzo młoda gwiazda, z planetesimals, proto-planetarnym dyskiem i ekstremalnie zapylonym środowiskiem. Widzieliśmy gwiazdy z dużymi spadkami strumienia wokół nich, i wszystkie one należały do tej kategorii.
Ale gwiazda Boyajiana jest o wiele za stara, aby mieć dysk protoplanetarny: wiele setek milionów lat za stara. Nie wykazuje również, co najważniejsze, emisji strumienia podczerwieni, którą powinna mieć gwiazda z dyskiem protoplanetarnym. To dlatego gwiazda ta została pierwotnie nazwana „WTF?” (od ang. where’s the flux?) star.
a protoplanetary disk. Istnieje wiele nieznanych właściwości dysków protoplanetarnych wokół gwiazd podobnych do Słońca, ale wszystkie one wykazują promieniowanie podczerwone. Gwiazda Tabby nie ma go wcale. ESO/L. Calçada
Mogłaby to być seria kometarnych zdarzeń, w których emitują one duże ilości pyłu wzbijanego podczas opadania na wewnętrzną część Układu Słonecznego, o którym mowa. To mogłoby, jak wykazano stosunkowo niedawno, wyjaśnić krótkotrwałe spadki strumienia, które były obserwowane.
w pobliżu naszej, zwanej Eta Corvi. Scenariusz z kometą jest jednym z wyjaśnień przyćmienia wokół gwiazdy Tabby, które jednak zostało wykluczone przez wysokiej jakości spektrum astronomiczne. NASA / JPL-Caltech
Jest jednak inne zjawisko, którego to proponowane rozwiązanie nie jest w stanie wyjaśnić: długotrwałe przyciemnienie gwiazdy. Gwiazda ta nie jest nazywana „gwiazdą Tabby” lub „gwiazdą Boyajian” dlatego, że została odkryta przez tego konkretnego naukowca; tylko dlatego, że prowadziła ona badania naukowe dotyczące interesującego i ważnego nowego zachowania.
Ale gwiazda ta jest znana od ponad wieku, a obserwacje wskazują na jej długotrwałe przygasanie, czego ten model nie może uwzględnić. Pył kometarny zostaje zdmuchnięty w skali czasowej miesięcy; zajęłoby to prawie ciągłe bombardowanie komet, aby utrzymać zmniejszony strumień w skali czasowej ponad wieku. Wymagane byłoby wiele komet na podobnej orbicie, co nie jest czymś, co wiemy, jak uzyskać.
z dwoma innymi gwiazdami, których strumień nie zmienił się. Bradley E. Schaefer, poprzez http://arxiv.org/abs/1601.03256
Jakie więc pozostały możliwe wyjaśnienia? Jednym z popularnych pomysłów była koncepcja obcych megastruktur: że cywilizacja znacznie wyprzedzająca ludzkość pod względem technologicznym konstruowała aparaturę, która okresowo (lub aperiodycznie) blokowała duży procent światła gwiazdy. W miarę jak struktura stawała się coraz bardziej kompletna, zwiększała ilość blokowanego światła. W ciągu ostatniego stulecia fakt, że światło z tej gwiazdy przygasło o tak znaczną ilość, można by wyjaśnić postępem w tym, jak kompletna byłaby ta struktura.
To przekonujący, jeśli nieszablonowy, pomysł.
megastruktura, która nie jest jeszcze kompletna, i potencjalnie mogłaby być wykrywalna przez sondę kosmiczną Gaia. Jednakże, to nie jest to, co dzieje się wokół WWI 8462852. Dowody spektralne to wykluczają. Kevin McGill / flickr
Ale dzięki niezliczonym obserwacjom wiemy, że jest to błędne. Powód? Obiekt taki jak obca megastruktura byłby całkowicie nieprzezroczysty dla światła: nie byłoby ono w stanie przez niego przejść. Jest to równie prawdziwe w przypadku takich rzeczy jak planety, księżyce, czy jakiekolwiek inne „stałe” obiekty, które możesz sobie wyobrazić.
Z ponad 19000 zdjęć wykonanych w ciągu ostatnich trzech lat, w czterech różnych zakresach długości fal od światła niebieskiego aż do podczerwieni, dowiedzieliśmy się, że światło niebieskie jest preferencyjnie blokowane we wszystkich zdarzeniach związanych z przyciemnianiem: od krótkotrwałych spadków strumienia do długotrwałego zanikania gwiazdy. Znana jest jedna rzecz, która może powodować blokowanie światła niebieskiego, podczas gdy światło czerwone jest preferencyjnie przepuszczane: cząsteczki pyłu, które schodzą przynajmniej do pewnego, minimalnego rozmiaru.
bogata w pył globula Boka, Barnard 68. Światło podczerwone nie jest blokowane prawie w takim stopniu, ponieważ mniejsze ziarna pyłu są zbyt małe, aby oddziaływać ze światłem o dużej długości fali. ESO
Musi to być zatem pył. Cokolwiek powoduje spadki strumienia, jak również to, co powoduje długotrwałe zanikanie, musi mieć pyłowe pochodzenie. Keplerowskie spadki i „sekularne ściemnianie” są spowodowane przez to samo zjawisko. Według nowego artykułu:
Ta chromatyczna ekstynkcja implikuje rozmiary cząstek pyłu schodzące do ~0.1 mikrona, sugerując, że ten pył będzie szybko zdmuchnięty przez ciśnienie promieniowania gwiazdowego, więc chmury pyłu musiały uformować się w ciągu kilku miesięcy. Współczesne obserwacje w podczerwieni zostały wykonane w czasie, gdy istniało co najmniej 12,4% ± 1,3% pokrycia pyłem (jako część sekularnego przyciemnienia), a to jest zgodne z przyciemnieniem pochodzącym z pyłu okołogwiazdowego.
To właśnie tam wskazują dowody: na pył. Ale to wciąż jest trochę tajemnicze.
gwiazda, nałożona na ostatnie dane z Tabetha Boyajian (2018, przez Twittera) pokazujące pewne niedawne spadki strumienia. Pył nie mógł znajdować się na powierzchni gwiazdy, jak zilustrowano tutaj. KIC 8462852, gwiazda klasy F, jest zbyt gorąca, by było to prawdopodobne. T. Boyajian / Twitter
Po tym wszystkim, gwiazda Boyajiana jest kombinacją rzeczy, których nie spodziewalibyśmy się znaleźć razem.
- Jest to spójne z posiadaniem dużej ilości pyłu okołogwiazdowego, co zwykle wskazuje na niezwykle młodą gwiazdę wciąż w fazie formatywnej.
- Sama gwiazda jest jaśniejsza, gorętsza i masywniejsza niż Słońce: emituje ponad cztery razy więcej światła niż nasze Słońce.
- Gwiazda jest stara: ma setki milionów lat, pali się stabilnie na ciągu głównym według wszystkich rachunków.
Innymi słowy, pył, który widzimy, powinien trwać tylko miesiące, biorąc pod uwagę właściwości samej gwiazdy. Musi istnieć jakiś sposób, aby gwiazda mogła uzupełniać swój pył. Z tego, co wiemy, istnieją dwie możliwości, które mają sens: albo istnieje zewnętrzny pierścień pyłowy, w którym znajdują się gęste chmury pyłu, albo infalling bombardowania, albo istnieje coś zewnętrznego w stosunku do gwiazdy, co prowadzi do blokowania światła gwiazdy.
pyłowe szczątki powinny istnieć wokół tej gwiazdy. Jeśli tak, to jest to niesamowity zbieg okoliczności, że samolot jest tak doskonale wyrównany z naszą linią widzenia, niezwykłe i mało prawdopodobne zdarzenie, jeśli jest prawdziwe. Nawet jeśli szanse na to są tak duże, jak 1%, byłoby zagadką, że nie widzieliśmy innych, podobnych gwiazd (99%) bez takiego ułożenia. NASA / JPL-Caltech
Spadająca jasność, która była obserwowana od 1890 roku wydaje się być kontynuowana przez obecne dane z 2018 roku, ale nie jest stała. W dodatku występują długookresowe spadki trwające miesiącami, a na nie nakładają się krótsze spadki trwające dzień lub mniej. Jest to z pewnością spowodowane cząsteczkami pyłu, o rozmiarach do około 100 nanometrów. Stosunek tego, jak światło ściemnia się w różnych długościach fal/kolorach pokazuje to i wyklucza inne hipotezy.
Ale skąd pochodzi ten pył? Aby pomóc zawęzić tę kwestię, naukowcy zaangażowani w badania obliczyli, ile pyłu musi być zaangażowane, aby wyjaśnić ostatnie 100+ lat przyciemniania i zanurzania wydarzeń. Dla tego, co jest tylko w płaszczyźnie tranzytu zdefiniowanej przez nasz punkt widzenia, musimy mieć ilość pyłu równą masie Księżyca.
uważane za wyjaśnienie gwiazdy Tabby. Zamiast tego, seria długookresowych obiektów podobnych do komet z masywnymi otoczkami pyłowymi mogłaby spowodować te tymczasowe, przejściowe spadki strumienia, ale musi istnieć bardzo duża ilość masy, która nie jest w formie nieprzezroczystych obiektów, aby to zrobić. NASA/JPL-Caltech
Ale może być o wiele więcej. Poprzedni badacze również zasugerowali, że może być duża ilość bardziej odległego, międzygwiezdnego pyłu, który dane wspierają.
To może albo zastąpić lub być w dodatku do obecności pyłu okołogwiazdowego. Jeśli chodzi o dysk materii wokół gwiazdy, to jest to absolutne minimum. Może istnieć duża ilość pyłu nie tylko w płaszczyźnie, którą obserwujemy, ale także poza nią: być może w halo. Tego po prostu nie wiemy, ale wiemy, że jeśli istnieje, nie może być na tyle blisko, aby emitować promieniowanie podczerwone. Komety również powinny emitować promieniowanie podczerwone; Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba powinien być w stanie stwierdzić, kiedy występują spadki strumienia, czy hipoteza komety jest w środku czy na zewnątrz.
lub planety, które krążą blisko niej, emitowałyby promieniowanie podczerwone tam, gdzie go nie widać. Jeśli jednak dalej znajduje się pierścień (lub halo) pyłowy, mogłoby to wyjaśnić te obserwacje. ESA, NASA, and L. Calcada (ESO for STScI)
I wreszcie, istnieje ciekawe wyjaśnienie, które zostało zaproponowane: ten pył może być wynikiem przypadku niestrawności gwiazdy.
Jeśli planeta gazowy olbrzym – powiedzmy, wielkości Urana – została pożarta przez tę gwiazdę, mogłaby być winowajcą. Inspiracja planety lub serii ciał planetarnych dawno temu, być może wieki, a nawet wiele tysiącleci temu, mogła spowodować chwilowe rozjaśnienie, po którym gwiazda wraca teraz do swojego pierwotnego, stabilnego stanu. Obserwowane przez nas spadki strumienia mogą więc być spowodowane szczątkami planetarnymi z wcześniejszych zaburzeń lub parowaniem i odgazowywaniem mniejszych ciał.
Jowisz jest tak blisko swojego gospodarza, że jego atmosfera jest wygotowywana w kosmosie. Jeśli jakiś gazowy olbrzym został niedawno połknięty przez WWI 8462852, może on potencjalnie „wypuszczać” cząsteczki pyłu, które mogą powodować obserwowane przyćmienie. NASA / GSFC
Bez względu na mechanizm, o którym mowa, możemy być pewni jednego wniosku: przyczyną przyciemnienia gwiazdy Boyajiana jest pył. Jest to zwykły pył, zawierający cząsteczki o rozmiarach do około 100 nanometrów, czyli mniejszych niż długość fali światła widzialnego. Ten sam pył, który powoduje krótkie, bezdniowe spadki, powoduje również spadki trwające wiele miesięcy, a także spadek trwający już ponad sto lat. To wszystko jest spowodowane zwykłym, normalnym pyłem.
Dużym, otwartym pytaniem, które teraz pozostaje jest skąd ten pył się wziął? Nie jest to możliwe, ponieważ gwiazda jest młoda lub wciąż się formuje, a istnieją niewiarygodne ograniczenia dotyczące posiadania przez gwiazdę niewidocznego towarzysza. To wszystko nie może pochodzić z pyłu międzygwiezdnego. Czy jakaś planeta została pożarta? Czy dzieje się coś jeszcze bardziej niezwykłego? Jedynym sposobem, aby się tego dowiedzieć, będzie przeprowadzenie większej ilości – i lepszych – badań nad tym obiektem. Ale jedno jest pewne: nawet jeśli obce megastruktury gdzieś istnieją, nie ma ich tutaj.