har upplevt ovanliga förändringar i ljusstyrka under de senaste åren. NASA / JPL-Caltech
Vetenskapen om planetjakt har verkligen tagit fart under 2000-talet, med transitmetoden i spetsen. När en planet passerar framför sin moderstjärna, i förhållande till vår siktlinje, försvinner en del av stjärnans ljus för en kort stund. Dessa transiter är en produktiv metod för exoplanetjägare att söka efter världar runt andra stjärnor. I dag känner vi till tusentals stjärnor med världar runtomkring, och de flesta av dem upptäcktes genom transit.
När man utformar ett uppdrag som är optimerat för att leta efter planeter förväntar man sig att tekniken kommer att avslöja några konstigheter. Men ingenting förberedde astronomerna på den udda figur som är Tabbys stjärna, vars flöde minskar enormt mycket, utan att det finns några regelbundet återkommande signaler. Efter år av spekulationer med scenarier som sträcker sig från kometstormar till utomjordiska megastrukturer har forskarna äntligen löst mysteriet. Damm, på ett helt nytt sätt, ser ut att vara boven i dramat.
från Tabbys stjärna: KIC 8462852. De visar inga bevis för en stor del av de naturliga förklaringarna till de observerade flödesdipparna. Infrarött: IPAC/NASA (2MASS), till vänster: STScI (GALEX), till höger
NASA:s Kepler-uppdrag förändrade spelet genom att kartlägga över 100 000 stjärnor under många år. Av de hundratusentals stjärnor som NASA:s rymdskepp Kepler observerade är det en som sticker ut som den mest ovanliga. KIC 8462852 – känd i vardagligt tal som antingen Tabbys/Boyajians stjärna (efter upptäckaren av dess intressanta beteende, Tabetha Boyajian) eller WTF? (för var är flödet?) – har en kombination av egenskaper som gör den helt unik. På en och samma gång är den:
- uppvisar enorma nedgångar i sitt flöde, med upp till 22 % (medan de flesta planeter orsakar <1 % nedgångar),
- bleknar långsamt över tidskalor på flera decennier med tillfälliga ljusare händelser (vilket inga andra, liknande stjärnor är kända för att göra),
- där den totala ljusstyrkan fluktuerar runt nedgångarna (snarare än den jämna minskning och ökning som ses för planeter),
- men utan någon infraröd emission (vilket alla andra stjärnor med stora flödesnedgångar har).
Detta skapade en enorm gåta.
avbildas, men det modernaste infraröda avbildningsinstrumentet som är utformat för bilder av exoplanetskivor är SPHERE, som rutinmässigt uppnår upplösningar på ~10″, eller mindre än 0,003 grader per pixel. KIC 8462852 har inte dessa egenskaper eller denna infraröda emission. SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) samarbete / Arthur Vigan
Det kan inte vara planeter, eftersom ingen planet är tillräckligt stor för att blockera så mycket ljus från sin stjärna. Även om man tänker sig en planet med ett enormt ringsystem, som en super-Saturn, skulle dessa flödesdippar både vara periodiska och uppvisa ett jämnt mönster med en platå. Detta motsäger de tillgängliga uppgifterna.
som kretsar kring den unga jätteplaneten eller bruna dvärgen J1407b. Världar med extraordinära ringformade system skulle kunna ge upphov till stora flödesdippar, men dessa dippar skulle vara periodiska och innehålla en planetliknande komponent, vilket inte har observerats. Ron Miller
Detta kan ha varit en mycket ung stjärna, med planetesimaler, en protoplanetär skiva och en extremt dammig miljö. Vi har sett stjärnor med stora flödesdippar runt omkring dem, och de har alla fallit in i den här kategorin.
Men Boyajians stjärna är alldeles för gammal för att ha en protoplanetär skiva: många hundra miljoner år för gammal. Den uppvisar inte heller, vilket är det viktigaste, den infraröda flödesemission som en stjärna med en protoplanetär skiva borde ha. Det är därför stjärnan ursprungligen kallades ”WTF?”. (för var är flödet?) stjärnan.
en protoplanetär skiva. Det finns många okända egenskaper hos protoplanetära skivor runt solliknande stjärnor, men alla uppvisar infraröd strålning. Tabbys stjärna har ingen sådan. ESO/L. Calçada
Det skulle kunna vara en serie kometära händelser, där de avger stora mängder damm som sparkas upp när de infaller på den inre delen av solsystemet i fråga. Detta skulle, som visades relativt nyligen, kunna förklara de kortsiktiga flödesdippar som har setts.
nära vår egen, kallad Eta Corvi. Komet-scenariot är en förklaring till dimmningen kring Tabbys stjärna, en förklaring som ett astronomiskt spektrum av hög kvalitet nu har uteslutit. NASA / JPL-Caltech
Men det finns ett annat fenomen som den föreslagna lösningen inte kan förklara: stjärnans långsiktiga dimning. Den här stjärnan kallas inte ”Tabbys stjärna” eller ”Boyajians stjärna” för att den upptäcktes av just den forskaren; bara för att hon ledde den vetenskapliga undersökningen om det intressanta och viktiga nya beteendet.
Men den här stjärnan har varit känd i över hundra år, och observationer visar på en långsiktig avtagande ljusstyrka, vilket den här modellen inte kan redogöra för. Kometdamm blåser bort på tidsskalor på månader; det skulle krävas ett nästan kontinuerligt bombardemang av kometer för att upprätthålla ett minskat flöde under en tidsskala på över ett århundrade. Det skulle krävas många kometer i en liknande omloppsbana, vilket inte är något vi vet hur man ska få fram.
med två andra stjärnor vars flöde inte har förändrats. Bradley E. Schaefer, via http://arxiv.org/abs/1601.03256
Så, vilka möjliga förklaringar återstod? En populär idé som fördes fram var den om utomjordiska megastrukturer: att en civilisation som tekniskt sett låg långt före mänskligheten konstruerade en apparat som periodiskt (eller aperiodiskt) blockerade en stor del av stjärnans ljus. Allteftersom strukturen blev mer och mer komplett skulle det öka mängden ljus som blockerades. Under det senaste århundradet skulle det faktum att ljuset från den här stjärnan hade dämpats med en så betydande mängd kunna förklaras av ett framsteg i hur färdigställd strukturen skulle vara.
Det är en övertygande, om än out of the box, idé.
megastruktur som ännu inte är färdigställd, och som potentiellt skulle kunna upptäckas av rymdsonden Gaia. Det är dock inte vad som sker kring KIC 8462852. De spektrala bevisen utesluter detta. Kevin McGill / flickr
Men tack vare en myriad av uppföljande observationer vet vi att det är fel. Orsaken? Ett objekt som en utomjordisk megastruktur skulle vara helt ogenomskinligt för ljus: det skulle inte kunna passera igenom det. Detta gäller även för saker som planeter, månar eller andra ”fasta” objekt som du kan tänka dig.
Från över 19 000 bilder som tagits under de senaste tre åren, i fyra olika våglängdsband från blått ljus hela vägen till infrarött ljus, har vi lärt oss att blått ljus företrädesvis blockeras vid alla dimningshändelser: från kortsiktiga flödesdippar till långsiktig nedtoning av stjärnan. Det finns en sak känd som kan orsaka att blått ljus blockeras medan rödare ljus företrädesvis släpps igenom: stoftpartiklar som går ner till åtminstone en viss, minimal storlek.
stoftrik Bok-globule, Barnard 68. Det infraröda ljuset blockeras inte alls lika mycket, eftersom de mindre stoftkornen är för små för att interagera med det långvågiga ljuset. ESO
Det måste därför vara stoft. Vad som än orsakar flödesdipparna, liksom vad som än orsakar den långsiktiga blekningen, måste båda ha ett dammigt ursprung. Keplerdipparna och den ”sekulära dimmningen” orsakas av samma fenomen. Enligt den nya artikeln själv:
Denna kromatiska extinktion innebär att stoftpartikelstorleken går ner till ~0,1 mikrometer, vilket tyder på att detta stoft snabbt kommer att blåsa bort av stjärnornas strålningstryck, så stoftmolnen måste ha bildats inom några månader. De moderna infraröda observationerna togs vid en tidpunkt då det fanns minst 12,4 % ± 1,3 % dammtäckning (som en del av den sekulära dimmningen), och detta stämmer överens med att dimmningen har sitt ursprung i circumstellärt damm.
Det är här bevisen pekar: på damm. Men detta är fortfarande lite mystiskt.
en stjärna, överlagrad med nya data från Tabetha Boyajian (2018, via Twitter) som visar några senaste flödesdippar. Stoftet kan inte finnas på stjärnans yta, vilket illustreras här. KIC 8462852, en stjärna av F-klass, är för varm för att detta ska vara rimligt. T. Boyajian / Twitter
Boyajians stjärna är trots allt en kombination av saker som vi inte skulle förvänta oss att hitta tillsammans.
- Det stämmer överens med att den har en stor mängd circumstellärt stoft, vilket normalt sett tyder på en extremt ung stjärna som fortfarande befinner sig i det formativa stadiet.
- Stjärnan i sig är ljusare, hetare och massivare än solen: den avger mer än fyra gånger så mycket ljus som vår sol gör.
- Stjärnan är gammal: hundratals miljoner år gammal, och brinner stabilt på huvudsekvensen av allt att döma.
Med andra ord borde stoftet som vi ser bara vara kvar i månader, med tanke på egenskaperna hos själva stjärnan. Det måste finnas något sätt för stjärnan att fylla på sitt stoft. Såvitt vi vet finns det två möjligheter som är rimliga: antingen finns det en extern stoftring som har täta stoftmoln i sig eller infallande bombardemangshändelser, eller så finns det något utanför stjärnan som leder till denna blockering av stjärnljuset.
dammigt skräp borde finnas runt den här stjärnan. Om så är fallet är det otroligt serendipitärt att planet är så perfekt i linje med vår siktlinje, en anmärkningsvärd och osannolik händelse om den är sann. Även om oddsen är så stora som 1 % skulle det vara en gåta att vi inte har sett andra liknande stjärnor (de 99 %) utan en sådan inriktning. NASA / JPL-Caltech
Den minskande ljusstyrkan som har observerats sedan 1890 verkar fortsätta genom de aktuella uppgifterna från 2018, men den är inte stadig. Dessutom finns det långvariga dippar som varar i månader och kortare dippar som varar en dag eller mindre överlagrade på dem. Det beror definitivt på dammpartiklar, ner till kanske 100 nanometer i storlek. Förhållandet mellan hur ljuset dämpas i olika våglängder/färger visar detta och utesluter andra hypoteser.
Men varifrån kommer dammet? För att hjälpa till att begränsa detta räknade de inblandade forskarna ut hur mycket damm som måste vara inblandat för att förklara de senaste drygt 100 årens dimmande och dämpande händelser. För det som bara finns i det transitplan som definieras enbart av vår synvinkel måste vi ha en mängd damm som motsvarar ungefär månens massa.
som anses förklara Tabbys stjärna. Istället skulle en serie långperiodiska kometliknande objekt med massiva stofthalos kunna orsaka dessa tillfälliga, övergående flödesdippar, men det måste finnas en mycket stor mängd massa, som inte är i form av ogenomskinliga objekt, för att göra det. NASA/JPL-Caltech
Men det kan finnas mycket mer. Tidigare forskare har också föreslagit att det skulle kunna finnas en stor mängd mer avlägset, interstellärt stoft, vilket uppgifterna stöder.
Detta skulle antingen kunna ersätta eller vara ett tillägg till det circumstellära stoftets närvaro. När det gäller en skiva av material runt stjärnan är skivan ett absolut minimum. Det skulle kunna finnas en stor mängd stoft som inte bara befinner sig i det plan vi observerar, utan även utanför det: i kanske en halo. Vi vet helt enkelt inte, men vi vet att om det finns kan det inte vara tillräckligt nära för att avge infraröd strålning. Kometer borde också skapa infraröd strålning; James Webb Space Telescope borde kunna avgöra, när flödesdipparna inträffar, om komethypotesen är inne eller ute.
eller planeterna som kretsar kring den nära inpå skulle avge infraröd strålning, där vi inte ser någon. Om det däremot finns en stoftring (eller halo) längre ut kan det förklara observationerna. ESA, NASA och L. Calcada (ESO for STScI)
Och slutligen finns det en märklig förklaringskandidat som föreslagits: detta damm skulle kunna vara resultatet av ett fall av stjärnans matsmältningsbesvär.
Om en gasjätteplanet – låt oss säga i Uranus’ storlek – slukades av den här stjärnan, skulle det kunna vara den skyldige. En inspirering av en planet eller en serie planetkroppar för länge sedan, kanske för århundraden eller till och med många tusen år sedan, skulle kunna ha orsakat en tillfällig uppblossning, från vilken stjärnan nu återgår till sitt ursprungliga, stabila tillstånd. De flödesdippar vi observerar kan alltså bero på planetavfall från en tidigare störning, eller avdunstning och utgasning av mindre kroppar.
Jupiter är så nära sin värd att dess atmosfär kokar ut i rymden. Om en gasjätte nyligen slukades av KIC 8462852 kan den potentiellt ”bälja” stoftpartiklar som kan orsaka den observerade dimmningen. NASA / GSFC
Oavsett vilken mekanism det handlar om kan vi vara säkra på en slutsats: orsaken till att Boyajians stjärna blir svagare beror på damm. Detta är normalt, partikulärt damm, som innehåller partikelstorlekar ner till cirka 100 nanometer, eller mindre än våglängden för synligt ljus. Samma damm som orsakar korta, dagslånga nedgångar orsakar också nedgångar som varar i många månader, och orsakar också den nedgång som pågått i mer än ett sekel. Allt beror på vanligt, normalt damm.
Den stora, öppna frågan som nu återstår är var detta damm kom ifrån? Det beror inte på att stjärnan är ung eller fortfarande håller på att bildas, och det finns otroliga begränsningar för att stjärnan ska ha en osynlig följeslagare. Allt kan inte komma från interstellärt stoft. Har en planet slukats? Är det något ännu mer ovanligt på gång? Det enda sättet att få reda på det är med hjälp av mer – och bättre – vetenskap om detta objekt. Men en sak är säker: även om det finns utomjordiska megastrukturer någonstans så finns de inte här.