zaznamenala v posledních několika letech neobvyklé změny svítivosti. NASA / JPL-Caltech
Věda o lovu planet se v 21. století skutečně rozjela a v čele stojí tranzitní metoda. Když planeta přechází před svou mateřskou hvězdou vzhledem k naší přímce viditelnosti, část světla hvězdy na krátkou dobu zmizí. Tyto tranzity jsou pro lovce exoplanet plodnou metodou hledání světů kolem jiných hvězd. K dnešnímu dni známe tisíce hvězd, kolem nichž se nacházejí světy, a většina z nich byla objevena tranzitem.
Když navrhujete misi optimalizovanou pro hledání planet, očekáváte, že tato technika odhalí několik zvláštností. Nic však astronomy nepřipravilo na podivínství, kterým je Tabbyho hvězda, jejíž tok slábne o obrovské množství, aniž by se objevily pravidelně se opakující signály. Po letech spekulací zahrnujících různé scénáře, od kometárních bouří až po mimozemské megastruktury, vědci záhadu konečně vyřešili. Zcela novým způsobem se zdá, že viníkem je prach.
z Tabbyho hvězdy: KIC 8462852. Nevykazují žádné důkazy pro velkou část přirozených vysvětlení pozorovaných poklesů toku. V infračervené oblasti: IPAC/NASA (2MASS), vlevo; ultrafialová: STScI (GALEX), vpravo
Mise Kepler agentury NASA změnila pravidla hry, když po dobu mnoha let zkoumala více než 100 000 hvězd. Ze stovek tisíc hvězd, které sonda NASA Kepler pozorovala, vyniká jedna jako nejneobvyklejší. KIC 8462852 – hovorově známá buď jako Tabbyho/Boyajianova hvězda (podle objevitelky jejího zajímavého chování Tabethy Boyajian), nebo WTF? (jako kde je tok?) – má kombinaci vlastností, které ji činí zcela jedinečnou. Najednou je to:
- vykazuje obrovské poklesy svého toku, a to až o 22 % (zatímco většina planet způsobuje <1% poklesy),
- pomalu slábne na časové škále desítek let s občasnými zjasněními (což žádná jiná podobná hvězda nedělá),
- kde celková jasnost kolísá kolem poklesů (namísto plynulého poklesu a nárůstu pozorovaného u planet),
- ale bez infračervené emise (kterou mají všechny ostatní hvězdy s velkými poklesy toku).
To vytvořilo obrovskou hádanku.
zobrazil, ale nejmodernější infračervenou zobrazovací jednotkou určenou pro snímky disků exoplanet je SPHERE, která běžně dosahuje rozlišení ~10″, tedy méně než 0,003 stupně na pixel. KIC 8462852 nemá tyto vlastnosti ani toto infračervené záření. SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) collaboration / Arthur Vigan
Nemohlo se jednat o planety, protože žádná planeta není tak velká, aby blokovala tolik světla od své hvězdy. I kdybychom si představili planetu s obrovským prstencovým systémem, jako je super-Saturn, tyto poklesy toku by byly jednak periodické, jednak by vykazovaly hladký průběh s plošinou. To je v rozporu s dostupnými údaji.
krouží kolem mladé obří planety nebo hnědého trpaslíka J1407b. Světy s mimořádnými prstencovými systémy by mohly vytvářet velké poklesy toku, ale tyto poklesy by byly periodické a obsahovaly by planetární složku, která není pozorována. Ron Miller
Mohlo jít o velmi mladou hvězdu s planetesimálami, protoplanetárním diskem a extrémně prašným prostředím. Viděli jsme hvězdy s velkými poklesy toku kolem nich a všechny spadaly do této kategorie.
Bojajianova hvězda je však příliš stará na to, aby měla protoplanetární disk: je příliš stará mnoho stovek milionů let. A co je nejdůležitější, nevykazuje ani infračervený emisní tok, který by hvězda s protoplanetárním diskem měla mít. Proto byla hvězda původně pojmenována „WTF?“. (jako kde je ten tok?) hvězda.
protoplanetární disk. U protoplanetárních disků kolem hvězd podobných Slunci je mnoho neznámých vlastností, ale všechny vykazují infračervené záření. Tabbyho hvězda je nemá. ESO/L. Calçada
Mohlo by se jednat o sérii kometárních událostí, kdy vyzařují velké množství prachu, který je vyvrhován při infiltraci na vnitřní část dané sluneční soustavy. To by mohlo, jak se ukázalo poměrně nedávno, vysvětlit krátkodobé poklesy toku, které byly pozorovány.
v blízkosti naší, zvané Eta Corvi. Scénář s kometou je jedním z vysvětlení stmívání v okolí Tabbyho hvězdy, které nyní kvalitní astronomické spektrum vyloučilo. NASA / JPL-Caltech
Je tu však ještě jeden jev, který toto navrhované řešení nemůže vysvětlit: dlouhodobé stmívání hvězdy. Této hvězdě se neříká „Tabbyho hvězda“ nebo „Boyajianova hvězda“ proto, že ji objevila právě tato vědkyně; pouze proto, že vedla vědecký výzkum týkající se zajímavého a důležitého nového chování
Ale tato hvězda je známa již více než sto let a pozorování ukazují na dlouhodobé slábnutí, které tento model nedokáže vysvětlit. Kometární prach se rozfoukává v časovém měřítku měsíců; bylo by zapotřebí téměř nepřetržitého bombardování kometami, aby se snížený tok udržel po dobu více než jednoho století. Bylo by zapotřebí mnoho komet na podobné dráze, což neumíme získat.
se dvěma dalšími hvězdami, jejichž tok se nezměnil. Bradley E. Schaefer, prostřednictvím http://arxiv.org/abs/1601.03256
Jaká možná vysvětlení tedy zbývají? Jednou z populárních myšlenek, která byla rozvíjena, byla myšlenka mimozemských megastruktur: že civilizace, která je technologicky daleko před lidstvem, konstruuje zařízení, které periodicky (nebo aperiodicky) blokuje velké procento světla hvězdy. Jak se tato struktura stávala stále dokonalejší, zvyšovalo se množství blokovaného světla. V průběhu minulého století by se skutečnost, že světlo této hvězdy zesláblo o tak významné množství, dala vysvětlit pokrokem v tom, jak dokončená by struktura byla.
Je to přesvědčivá, i když nestandardní myšlenka.
megastruktura, která ještě není dokončena a mohla by být potenciálně detekovatelná sondou Gaia. K tomu však v okolí KIC 8462852 nedochází. Spektrální důkazy to vylučují. Kevin McGill / flickr
Ale díky nesčetným následným pozorováním víme, že je to špatně. Důvod? Objekt jako mimozemská megastruktura by byl pro světlo zcela neprůhledný: nemohlo by jím projít. Stejně tak to platí pro věci, jako jsou planety, měsíce nebo jakékoli jiné „pevné“ objekty, které si dokážete představit.
Z více než 19 000 snímků pořízených za poslední tři roky ve čtyřech různých pásmech vlnových délek od modrého světla až po infračervené světlo jsme zjistili, že modré světlo je přednostně blokováno ve všech případech stmívání: od krátkodobých poklesů toku až po dlouhodobé slábnutí hvězdy. Je známa jedna věc, která může způsobit blokování modrého světla, zatímco červené světlo je přednostně propouštěno: prachové částice, které se zmenšují alespoň na určitou, minimální velikost.
na prach bohatá Bokova globule, Barnard 68. Infračervené světlo není zdaleka tolik blokováno, protože prachová zrnka menších rozměrů jsou příliš malá na to, aby interagovala s dlouhovlnným světlem. ESO
Musí se tedy jednat o prach. Cokoliv způsobuje poklesy toku, stejně jako cokoliv způsobuje dlouhodobé blednutí, musí mít obojí prachový původ. Keplerovy poklesy a „sekulární stmívání“ jsou způsobeny stejným jevem. Podle samotného nového článku:
Tato chromatická extinkce předpokládá velikost prachových částic až ~0,1 mikronu, což naznačuje, že tento prach bude rychle odfouknut tlakem hvězdného záření, takže oblaka prachu musela vzniknout během několika měsíců. Moderní infračervená pozorování byla pořízena v době, kdy existovalo minimálně 12,4 ± 1,3 % pokrytí prachem (jako součást sekulárního stmívání), a to odpovídá stmívání pocházejícímu z cirkumstelárního prachu.
Tam směřují důkazy: k prachu. Stále je to však trochu záhadné.
hvězda, superponovaná s nedávnými daty od Tabetha Boyajiana (2018, prostřednictvím Twitteru), která ukazují některé nedávné poklesy toku. Prach nemohl být na povrchu hvězdy, jak je znázorněno zde. KIC 8462852, hvězda třídy F, je příliš horká na to, aby to bylo pravděpodobné. T. Boyajian / Twitter
Koneckonců Boyajianova hvězda je kombinací věcí, které bychom dohromady nečekali.
- Souhlasí s tím, že má velké množství cirkumstelárního prachu, což obvykle svědčí o extrémně mladé hvězdě, která je stále ve fázi formování.
- Sama hvězda je jasnější, žhavější a hmotnější než Slunce: vyzařuje více než čtyřikrát více světla než naše Slunce.
- Hvězda je stará: stovky milionů let, podle všeho stabilně hoří na hlavní posloupnosti.
Jinými slovy, prach, který vidíme, by měl vzhledem k vlastnostem samotné hvězdy trvat jen měsíce. Musí existovat nějaký způsob, jak hvězda svůj prach doplňuje. Pokud víme, jsou dvě možnosti, které dávají smysl: buď existuje vnější prachový prstenec, který má v sobě hustá prachová mračna nebo infiltrační bombardovací události, nebo existuje něco vnějšího vůči hvězdě, co vede k tomuto blokování světla hvězdy.
kolem této hvězdy by měly existovat prachové zbytky. Pokud je tomu tak, je neuvěřitelnou náhodou, že je rovina tak dokonale zarovnaná s naší přímou viditelností, což je pozoruhodný a nepravděpodobný jev, pokud je to pravda. I kdyby byla pravděpodobnost tak velká jako 1 %, bylo by záhadou, že jsme nepozorovali jiné, podobné hvězdy (99 %) bez takového zarovnání. NASA / JPL-Caltech
Klesající jasnost, která byla pozorována od roku 1890, zřejmě pokračuje i v aktuálních datech z roku 2018, ale není stálá. Navíc se objevují dlouhoperiodické poklesy trvající měsíce a na ně navazující kratší poklesy trvající jeden den nebo méně. Je to určitě způsobeno prachovými částicemi, možná až do velikosti 100 nanometrů. Poměr toho, jak světlo slábne v různých vlnových délkách/barvách, to dokazuje a vylučuje jiné hypotézy.
Ale odkud se ten prach bere? Aby to pomohli zúžit, spočítali zúčastnění vědci, o jaké množství prachu se musí jednat, aby bylo možné vysvětlit více než 100 let trvající události stmívání a potápění. Pro to, co je pouze v tranzitní rovině definované pouze naším úhlem pohledu, musíme mít množství prachu rovnající se přibližně hmotnosti Měsíce.
považováno za vysvětlení Tabbyho hvězdy. Naopak řada dlouhoperiodických objektů podobných kometám s masivními prachovými halo by mohla způsobit tyto dočasné, přechodné poklesy toku, ale k tomu musí existovat velmi velké množství hmoty, které není ve formě neprůhledných objektů. NASA/JPL-Caltech
Ale mohlo by toho být mnohem více. Předchozí vědci také předpokládali, že by mohlo existovat velké množství vzdálenějšího mezihvězdného prachu, což tato data podporují
Ten by mohl buď nahradit, nebo doplnit přítomnost cirkumstelárního prachu. Co se týče disku materiálu kolem hvězdy, je disk naprostým minimem. Mohlo by existovat velké množství prachu, který není jen v námi pozorované rovině, ale také mimo ni: možná v halo. To prostě nevíme, ale víme, že pokud existuje, nemůže být dostatečně blízko, aby vyzařoval infračervené záření. I komety by měly vytvářet infračervené záření; vesmírný dalekohled Jamese Webba by měl být schopen při poklesu toku zjistit, zda je hypotéza komety uvnitř nebo vně
nebo planety, které obíhají v její blízkosti, by vyzařovaly infračervené záření tam, kde není vidět. Pokud však existuje prachový prstenec (nebo halo) dále od komety, mohlo by to tato pozorování vysvětlit. ESA, NASA a L. Calcada (ESO pro STScI)
A konečně je tu jeden zajímavý kandidát na vysvětlení, který byl navržen: tento prach by mohl být důsledkem hvězdné poruchy trávení.
Pokud by tato hvězda pohltila plynnou obří planetu – řekněme o velikosti Uranu – mohla by být viníkem. Inspirace planetou nebo řadou planetárních těles před dlouhou dobou, možná před staletími nebo dokonce mnoha tisíciletími, mohla způsobit dočasné zjasnění, ze kterého se nyní hvězda vrací do původního, stabilního stavu. Poklesy toku, které pozorujeme, by tedy mohly být způsobeny úlomky planet z dřívějšího narušení nebo vypařováním a odplyňováním menších těles.
Jupiter je tak blízko svého hostitele, že se jeho atmosféra vypařuje do vesmíru. Pokud byl nedávno pohlcen plynný obr KIC 8462852, mohl by potenciálně „chrlit“ prachové částice, které by mohly způsobit pozorované ztemnění. NASA / GSFC
Nezávisle na tom, o jaký mechanismus se jedná, si můžeme být jisti jedním závěrem: příčinou stmívání hvězdy Boyajian je prach. Jedná se o běžný prach, který obsahuje částice o velikosti přibližně do 100 nanometrů, tedy menší, než je vlnová délka viditelného světla. Tentýž prach, který způsobuje krátké poklesy trvající jeden den nebo méně, způsobuje také poklesy trvající mnoho měsíců a je také příčinou poklesu trvajícího více než sto let. To vše je způsobeno obyčejným, normálním prachem.
Velkou, otevřenou otázkou, která nyní zůstává, je, odkud se tento prach vzal? Není to proto, že hvězda je mladá nebo se teprve formuje, a existují neuvěřitelná omezení, že hvězda má neviditelného průvodce. Nemůže vše pocházet z mezihvězdného prachu. Byla pohlcena nějaká planeta? Děje se snad něco ještě neobvyklejšího? Jediný způsob, jak to zjistit, bude další – a lepší – vědecké zkoumání tohoto objektu. Jedno je však jisté: i kdyby někde existovaly mimozemské megastruktury, tady nejsou.