Vergessen Sie fremde Megastrukturen: Neue Beobachtungen erklären das Verhalten des Sterns Tabbi nur mit Staub

Published on July 22, 2018

Vergessen Sie fremde Megastrukturen: Neue Beobachtungen erklären das Verhalten des Sterns Tabbi nur mit Staub

Ursprünglicher Autor: Ethan Siegel
  • Übersetzung

Das künstlerische Bild von KIC 8462852, dessen Helligkeit sich in den letzten Jahren auf ungewöhnliche Weise verändert hat: Die

wissenschaftliche Jagd nach den Planeten im 21. Jahrhundert hat sich wirklich entfaltet, und die Transitmethode steht an erster Stelle . Wenn der Planet vor seinem Mutterstern vorbeizieht, verschwindet aus unserer Sicht der Teil des Lichts des Sterns für eine Weile. Solche Transite bieten Planetenjägern eine fruchtbare Methode, um Welten in Umlaufbahnen neben anderen Sternen zu suchen. Heute kennen wir bereits Tausende von Sternen mit eigenen Planeten, und die meisten von ihnen wurden durch die Transitmethode entdeckt.

Wenn wir eine Mission entwickeln, die sich auf die Entdeckung von Planeten konzentriert, können wir davon ausgehen, dass wir mit ihrer Hilfe viele seltsame Dinge entdecken werden. Astronomen waren jedoch keineswegs bereit, eine solche Neugierde wie den Stern Tabbi zu entdecken , dessen Leuchtkraft sehr stark und völlig unregelmäßig gedämpft ist. Nach mehreren Jahren der Spekulation zu diesem Thema, in denen Versionen von Kometenstürmen bis hin zu außerirdischen Megastrukturen zum Ausdruck kamen, lösten die Wissenschaftler dieses Rätsel schließlich . Dem Täter wurde Staub zugewiesen, obwohl er sich etwas ungewöhnlich verhält.


Links Infrarot, rechts Ultraviolettstrahlung des Sterns Tabbi. Keine Hinweise auf eine Vielzahl von Erklärungen für Helligkeitsausfälle aus "natürlichen" Gründen.

Seit einigen Jahren hat die Kepler-Mission mehr als 100.000 Sterne erforscht. Von den Hunderttausenden von Sternen zeichnete sich allein das interessante Verhalten aus. KIC 8462852, bekannt als Tabbi-Stern oder Boyadzyan-Stern (zu Ehren des Entdeckers dieses Verhaltens) oder als WTF? (Wo ist das Flux? [Das Wortspiel ist die gleiche Abkürzung für Wo ist das Flux? Wo ist das Glühen? Und Was zum Teufel ist das? Was zum Teufel? Sie ist zur gleichen Zeit:

  • zeigt einen starken Rückgang der Leuchtkraft um bis zu 22% (für die meisten Sterne auf dem Planeten nimmt ihre Leuchtkraft um nicht mehr als 1% ab),
  • läuft in mehreren Jahrzehnten langsam an, wird aber manchmal heller (wie es kein anderer ähnlicher Stern tut),
  • die Gesamthelligkeit schwankt während der Abnahme der Leuchtkraft (und nimmt nicht nur gleichmäßig ab und nimmt dann zu, wie dies bei Planeten der Fall ist),
  • gibt keine Infrarotstrahlung ab (die von allen anderen Sternen mit starker Abnahme der Leuchtkraft angezeigt wird).

Dies führte zu einem komplexen Rätsel.


Bereits eine große Anzahl von Bildern von protoplanetaren Systemen erhalten. Das SPHERE-Infrarot-Teleskop gilt in diesem Bereich als Kunstwerk und gibt regelmäßig Bilder mit einer Auflösung von etwa 10 Zoll oder weniger als 0,003 Grad pro Pixel aus. KIC 8462852 weist nicht die üblichen Eigenschaften oder Infrarotstrahlung auf.

Es könnte kein Planet sein, weil der Planet nicht so sein kann groß, um so viele Lichtsterne zu blockieren. Auch wenn Sie sich einen Planeten mit einem riesigen Ringsystem wie dem gigantischen Saturn vorstellen, sind die Lichteinbrüche periodisch und gleichmäßig, mit einem bestimmten Plateau in der Grafik es ist zu den getippten Daten entgegen.


Eine künstlerische Darstellung des Ringsystems eines jungen Riesenplaneten oder eines Braunen Zwergs J1407b, der einen anderen Stern umkreist. Welten mit extrem stark entwickelten Ringen können zu einer starken Abnahme des sichtbaren Lichts eines Sterns führen, aber solche Abnahmen sollten periodisch sein, was nicht beobachtet wurde.

Es könnte ein sehr junger Stern mit Planetesimalen , einer protoplanetaren Scheibe und einer extrem staubigen Umgebung sein. Alle Sterne, die wir mit starker Abnahme der Leuchtkraft gesehen haben, fallen in diese Kategorie.

Aber Tabbis Stern ist zu alt, um eine protoplanetarische Scheibe zu haben: Er ist viele hundert Millionen Jahre alt. Und vor allem gibt es keine Infrarotstrahlung ab, die ein Stern mit einer protoplanetaren Scheibe sein sollte. Daher hieß dieser Stern ursprünglich WTF, "wo ist der Schein".


Künstlerisches Bild eines jungen Sterns, umgeben von einer protoplanetaren Scheibe. Viele der Eigenschaften protoplanetarer Scheiben um sonnenähnliche Sterne sind unbekannt, aber alle haben charakteristische Infrarotstrahlung. Tabby hat so etwas nicht.

Dies können mehrere aufeinanderfolgende Ereignisse im Zusammenhang mit dem Flug von Kometen sein, bei denen sie eine große Menge Staub abgeben, der in das Innere des Sternensystems fällt. Vor relativ kurzer Zeit wurde gezeigt, wie dies die beobachteten Luminositätseinbrüche erklären kann.


Illustration eines Kometensturms um einen Stern nah an uns, diese Krähe . Die Kometenversion ist eine der Erklärungen für die Verringerung der Leuchtkraft des Tabbi-Sterns, die auch nach Erhalt eines astronomisch hochwertigen Spektrums verworfen wurde.

Es gibt jedoch ein anderes Phänomen, das die vorgeschlagene Lösung nicht erklärt: die langfristige Abnahme der Leuchtkraft eines Sterns. Ein Stern wird als „Tabbi-Stern“ bezeichnet, nicht weil dieser bestimmte Wissenschaftler ihn entdeckt hat, sondern weil er eine wissenschaftliche Untersuchung von interessanten und wichtigen Verhaltensweisen begonnen hat, die zuvor noch nicht gesehen wurden.

Aber dieser Stern ist seit mehr als einem Jahrhundert bekannt, und wir sehen eine langfristige Abnahme der Leuchtkraft, die dieses Modell nicht erklären kann. Der Planetenstaub weht in wenigen Monaten weg. Um das Licht des Sterns für hundert Jahre zu blockieren, wäre es notwendig gewesen, ihn fast ununterbrochen mit Kometen zu bombardieren. Es hätte das Vorhandensein vieler Kometen in ähnlichen Bahnen erfordert, und wir können uns nicht vorstellen, wie wir eine solche Konfiguration erhalten können.

Bild
Harvard-Lichtkurve für den Stern KIC 8462852 und ein Vergleich mit zwei anderen Sternen, deren scheinbare Helligkeit sich nicht geändert hat.

Welche möglichen Erklärungen blieben übrig? Eine der populären Ideen war, dass einige technologisch fortgeschrittene Zivilisationen um diesen Stern herum eine Megastruktur bauen, die periodisch (oder aperiodisch) den größten Teil des Lichts des Sterns bedeckt. Die Struktur endet schließlich und blockiert immer mehr Licht. Die Tatsache, dass das Licht des Sterns in den letzten hundert Jahren so stark verblasst ist, könnte durch den Baufortschritt erklärt werden.

Die Idee ist faszinierend, wenn auch nicht standardisiert.


Teilweise verdeckt könnte das Licht des Sterns eine unvollendete Alien-Megastruktur sein, die das Gaia-Weltraumteleskop im Prinzip erkennen könnte. In der Nähe von KIC 8462852 ist dies jedoch überhaupt nicht der Fall - diese Option lehnt die Untersuchung des Spektrums ab.

Dank der Vielzahl von Beobachtungen wissen wir jedoch, dass dies nicht der Fall ist. Der Grund ist, dass die Megastruktur der Außerirdischen für das Licht völlig undurchsichtig wäre: Er konnte sie nicht passieren. Wie konnte nicht durch Planeten, Monde oder andere feste Objekte passieren.

Von den 19.000 Bildern der letzten drei Jahre, die in vier Wellenlängenbereichen von blauem bis zu infrarotem Licht aufgenommen wurden, haben wir erfahren, dass blaues Licht in allen Fällen der Abschwächung zunächst blockiert wird: von kurzfristigen Rezessionen bis zum langfristigen Ausbleichen. Und nur eines kann blaues Licht blockieren, während es rot durchläuft: Staubpartikel einer bestimmten Größe.


Links - ein Foto im sichtbaren Licht, rechts - im Infrarotbereich; Das Bild zeigt eine staubreiche KugelBarnard 68. Infrarotlicht wird weniger geblockt, da kleine Staubpartikel nicht mit langwelligem Licht interagieren können.

Es muss also Staub sein. Was auch immer der Grund für die Verringerung der Menge des durchgelassenen Lichts sowie für das langfristige Anlaufen sein mag, Staub muss die Grundlage für dieses Phänomen bilden. Die von Kepler erzielten Helligkeitseinbrüche und das "weltliche Dimmen" werden durch dasselbe Phänomen verursacht. Wie im neuen Job angegeben :

Diese Farbabschwächung zeigt das Vorhandensein von Staubpartikeln mit einer Größe von bis zu ~ 0,1 Mikrometer an. Dieser Staub sollte durch den Strahlungsdruck des Sterns ziemlich schnell weggeblasen worden sein, daher sollten sich innerhalb weniger Monate Staubwolken gebildet haben. Moderne Infrarot-Beobachtungen wurden mit einer Staubbeschichtung von 12,4% ± 1,3% durchgeführt und entsprechen der Lichtunterdrückung durch den sternförmigen Staub.

Die Beweise deuten auf Folgendes hin: Staub. Dennoch bleibt die Situation etwas rätselhaft.


Eine Illustration einer komplexen, staubgefüllten Region um einen Stern, die mit aktuellen Daten von Tabota Boyajyan überlagert wurde, um die jüngsten Einbrüche im Schein zu demonstrieren. Staub kann nicht auf der Oberfläche des Sterns sein, wie in der Abbildung gezeigt.

Infolgedessen kombiniert der Stern Tabbi Eigenschaften, deren gleichzeitige Präsenz wir nicht erwarten konnten:

  • Das Bild stimmt mit dem überein, das sich in Gegenwart einer großen Menge zirkumstellaren Staubes befinden sollte, der gewöhnlich von der extremen Jugend eines Sterns spricht, der sich im Stadium der Bildung befindet.
  • Der Stern selbst ist heller, heißer und massereicher als die Sonne: Er strahlt viermal mehr Licht aus als die Sonne.
  • Der Stern ist alt: Er ist Hunderte Millionen Jahre alt und brennt in jeder Hinsicht stabil, da er in der Hauptsequenz ist.

Mit anderen Worten, der von uns sichtbare Staub sollte unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Sterns nur wenige Monate erhalten bleiben. Der Stern hat also eine Möglichkeit, Staub wieder aufzufüllen. Soweit wir wissen, gibt es zwei sinnvolle Möglichkeiten: Entweder hat der Stern einen äußeren Staubring mit dichten Staubwolken oder wird ständig von Asteroiden bombardiert, oder der Stern hat ein äußeres Objekt, das sein Licht blockiert.


Derzeit ist die Leitidee das Vorhandensein einer Staubscheibe und von Fragmenten um den Stern. Dann sollte ein unglaublicher Zufall eintreten, bei dem sein Flugzeug idealerweise so perfekt mit unserer Sichtlinie zusammenfiel - dies wäre ein bemerkenswertes, aber unwahrscheinliches Ereignis. Selbst mit einer Wahrscheinlichkeit von 1% wäre es merkwürdig, dass wir dies bei den restlichen 99% der Sterne nicht beobachtet haben.

Die Abnahme der scheinbaren Helligkeit des Sterns seit den 1890er Jahren setzt sich anscheinend bis 2018 fort, verläuft jedoch ungleichmäßig. Darüber hinaus gibt es ständig Perioden mit vorübergehender Abnahme der Leuchtkraft, die Monate andauern, sowie kürzere Einbrüche, die nicht länger als einen Tag dauern. Dies ist definitiv auf das Vorhandensein von Staubpartikeln zurückzuführen, die wahrscheinlich ungefähr 100 nm groß sind. Der Prozentsatz des blockierten Lichts bei verschiedenen Wellenlängen bestätigt dies und weist andere Hypothesen zurück.

Aber woher kommt dieser Staub? Um die Anzahl der Optionen zu verringern, haben Wissenschaftler die Staubmengen berechnet, die zur Erklärung der allmählichen Abschwächung des sichtbaren Lichts eines Sterns in den letzten 100 Jahren sowie für kurzfristige Einbrüche erforderlich sind. Um basierend auf dem Schnittpunkt der Staubfläche unserer Sichtlinie zu blockieren, benötigen Sie eine Staubmasse, die der des Mondes entspricht.


Um zu erklären, was mit Tabbys Stern geschah, wurde zunächst ein Szenario mit Kometenfragmenten betrachtet. Stattdessen können mehrere kometenähnliche Objekte mit langen Umlaufzeiten und massiven Staubhalos zu diesen vorübergehenden vorübergehenden Luminanzabfällen führen. Dies würde jedoch eine große Masse an Materie erfordern, die nicht in Form von undurchsichtigen Objekten vorliegt.

Aber das ist noch nicht alles. Frühere Studienangenommen, dass es im Weltraum eine große Menge interstellaren Staubes geben könnte, was durch die Daten bestätigt wird.

Diese Theorie kann die Variante durch zirkumstellaren Staub ersetzen oder ergänzen. Das Material der Scheibe um den Stern ist das Minimum, das erklärt werden muss. Eine große Menge Staub befindet sich möglicherweise nicht in der Ebene, die wir beobachten, sondern außerhalb davon und bildet möglicherweise einen Heiligenschein. Wir wissen das nicht, aber wir wissen, dass es, wenn es existiert, nicht zu nah am Stern sein sollte, sonst würde es im Infrarot strahlen. Kometen müssen auch Infrarotstrahlung aussenden. James Webbs Teleskop wird wahrscheinlich herausfinden können, ob Kometen für die zeitliche Verringerung der Leuchtkraft eines Sterns verantwortlich sind.


Eine Staub- und Trümmerscheibe, die sich entweder um den Stern selbst oder um seine Planeten dreht, sollte Infrarotstrahlung abgeben - dies wird jedoch nicht beobachtet. Unsere Beobachtungen lassen sich jedoch durch das Vorhandensein einer Scheibe (oder eines Halos) erklären, die sich weiter vom Stern entfernt befindet.

Schließlich gibt es einen weiteren theoretischen Kandidaten für die Erklärung von Beobachtungen: Staub kann das Ergebnis einer herausragenden "Verdauungsstörung" sein.

Wenn dieser Stern versucht, den Planeten zu verdauen, sagen wir, einen Gasriesen mit Uranus, könnte dies alles erklären. Ein langfristiger Sturz auf einen Stern in einer Spirale eines Planeten oder mehrerer Planetenkörper, der möglicherweise vor Hunderten oder Tausenden von Jahren stattfand, hätte zu einer vorübergehenden Zunahme der Helligkeit führen können, aus der der Stern in seinen normalen, stabilen Zustand zurückkehrt. Und die beobachteten Einbrüche der Leuchtkraft lassen sich durch Planetenfragmente früherer Kataklysmen oder durch Verdampfung und Emission von Gas aus kleineren Körpern erklären.


Künstlerisches Bild HD 189733 b, ein heißer Jupiter, so nah an seinem Stern, dass seine Atmosphäre kocht und in den Weltraum ausbricht. Wenn KIC 8462852 den Gasriesen kürzlich verschluckt hätte, könnte er im Prinzip Staubpartikel "rülpsen", was die beobachtete Lichtunterdrückung verursachen könnte.

Unabhängig davon, welcher Mechanismus hier funktioniert, können wir eines sicher sein: Der Grund für das Anlaufen des Sterns Tabby liegt im Staub. Dies ist ein normaler Partikelstaub, der Partikel mit einer Größe von bis zu 100 nm oder weniger als der Wellenlänge des sichtbaren Lichts enthält. Derselbe Staub, der kurze, tagelange oder weniger Helligkeitsabfälle verursacht, führt auch zu einer monatelangen Anlaufphase, die in den letzten hundert Jahren zu einem allgemeinen Verblassen des Sterns geführt hat. All dies ist auf normalen, normalen Staub zurückzuführen.

Die folgende Frage bleibt die große und offene Frage: Woher kommt dieser Staub? Es ist nicht da, weil dieser Stern jung ist oder sich noch bildet, aber die Existenz eines unsichtbaren Begleiters des Sterns ist ernsthaft eingeschränkt. Es kann nicht vollständig interstellar sein. Wurde irgendein Planet von einem Stern verdaut? Gibt es noch etwas Außergewöhnliches? Der einzige Weg, dies herauszufinden, besteht darin, mehr wissenschaftliche Forschung und eine bessere Qualität durchzuführen. Eines ist klar: Auch wenn es irgendwo fremde Megastrukturen gibt, existieren sie dort nicht.