Vergessen Sie die Megastrukturen von Außerirdischen: Neue Beobachtungen erklären das Verhalten des Sterns Tabby nur Staub

Künstlerisches Bild des KIC 8462852, dessen Helligkeit sich in den letzten Jahren auf ungewöhnliche Weise verändert hat

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

Wenn wir eine Mission entwickeln, die sich auf das Finden von Planeten konzentriert, müssen wir damit rechnen, dass wir mit ihrer Hilfe viele Kuriositäten entdecken werden. Die Astronomen waren jedoch überhaupt nicht bereit, ein solches Wunder wie den Tabby-Stern zu entdecken, dessen Schein sehr stark und völlig unregelmäßig gedämpft ist. Nach mehreren Jahren der Spekulation zu diesem Thema, in denen es Versionen von Kometenstürmen bis zu Megastrukturen von Außerirdischen gab, lösten die Wissenschaftler dieses Rätsel schließlich . Dem Täter wurde Staub zugewiesen, obwohl er sich etwas ungewöhnlich verhält.


Links ist Infrarot, rechts die ultraviolette Strahlung des Tabby-Sterns. Es gibt keine Hinweise auf eine Vielzahl von Erklärungen für Helligkeitseinbrüche durch „natürliche“ Ursachen.

Im Laufe mehrerer Jahre konnte die Kepler-Mission mehr als 100.000 Sterne untersuchen. Von Hunderttausenden von Sternen zeichnete sich einer durch sein interessantes Verhalten aus. KIC 8462852, bekannt als Tabby-Stern oder Boyajyan-Stern (zu Ehren des Entdeckers dieses Verhaltens) oder als WTF? (Wo ist der Fluss? [Wortspiel ist die gleiche Abkürzung für Wo ist der Fluss, „Wo ist das Leuchten?“ und was zum Teufel ist „Was zur Hölle?“) hat eine völlig einzigartige Kombination von Eigenschaften. Sie ist zur gleichen Zeit:

• zeigt einen ernsthaften Rückgang der Leuchtkraft um bis zu 22% (für die meisten Sterne des Planeten ist ihre Leuchtkraft um nicht mehr als 1% verringert).
• verblasst langsam über mehrere Jahrzehnte, wird aber manchmal heller (was keine anderen ähnlichen Sterne tun)
• Die Gesamthelligkeit schwankt während der Abnahme der Leuchtkraft (und nimmt nicht nur allmählich ab und nimmt dann zu, wie dies bei Planeten der Fall ist).
• Es erzeugt keine Infrarotstrahlung (die von allen anderen Sternen mit einer starken Abnahme der Leuchtkraft gezeigt wird).

Dies führte zu einem komplexen Rätsel.


Eine große Anzahl von Bildern von protoplanetaren Systemen wurde bereits erhalten. Ein Kunstwerk auf diesem Gebiet ist das SPHERE-Infrarot-Teleskop, das regelmäßig Bilder mit einer Auflösung in der Größenordnung von 10 Zoll oder weniger als 0,003 Grad pro Pixel erzeugt. KIC 8462852 hat nicht die üblichen Eigenschaften oder Infrarotstrahlung.

Es könnte kein Planet sein, weil der Planet nicht so groß sein kann, dass er so viel Licht vom Stern abhält. Selbst wenn Sie sich einen Planeten mit einem riesigen System von Ringen wie den riesigen Saturn vorstellen, sind die Helligkeitseinbrüche periodisch und glatt, mit einem bestimmten Plateau in der Grafik. Dies widerspricht jedoch den erhobenen Daten.


Künstlerische Darstellung des Ringsystems eines jungen Riesenplaneten oder 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 einem starken Rückgang der Leuchtkraft sahen, fielen in diese Kategorie.

Aber Tabbys Stern ist zu alt, um eine protoplanetare Scheibe zu haben: Er ist viele hundert Millionen Jahre alt. Und am wichtigsten ist, dass es nicht die Infrarotstrahlung gibt, die ein Stern mit einer protoplanetaren Scheibe haben sollte. Daher wurde dieser Stern ursprünglich WTF genannt, "wo ist das Leuchten".


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

Dies können mehrere aufeinanderfolgende Ereignisse sein, die mit dem Durchgang von Kometen verbunden sind, bei denen sie eine große Menge Staub abgeben und in den inneren Teil des Sternensystems fallen. Vor relativ kurzer Zeit wurde gezeigt, wie dies die beobachteten kurzfristigen Helligkeitseinbrüche erklären kann.


Illustration eines Kometensturms um den Stern nahe uns. Diese Krähe . Die Kometenvariante ist eine der Erklärungen für die Abnahme der Leuchtkraft des Tabby-Sterns, die auch nach Erhalt eines hochwertigen astronomischen Spektrums abgelehnt wurde.

Es gibt jedoch ein anderes Phänomen, das die vorgeschlagene Lösung nicht erklärt: eine langfristige Abnahme der Leuchtkraft eines Sterns. Der Stern wird "Tabby-Stern" genannt, nicht weil er von diesem bestimmten Wissenschaftler entdeckt wurde, sondern weil er eine wissenschaftliche Untersuchung von interessantem und wichtigem Verhalten begann, das zuvor noch nicht angetroffen wurde.

Aber dieser Stern ist seit über einem Jahrhundert bekannt, und wir sehen eine langfristige Abnahme der Leuchtkraft, die dieses Modell nicht erklären kann. Planetenstaub weht in wenigen Monaten weg; Um das Licht eines Sterns hundert Jahre lang zu blockieren, müsste er fast ununterbrochen mit Kometen bombardiert werden. Es würde die Anwesenheit vieler Kometen in ähnlichen Umlaufbahnen erfordern, aber wir können uns nicht vorstellen, wie man eine solche Konfiguration erhält.


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? Eine der populären Ideen war, dass um diesen Stern herum eine technologisch fortgeschrittene Zivilisation eine Megastruktur baut, die periodisch (oder aperiodisch) den größten Teil des Lichts des Sterns abdeckt. Die Struktur steht im Laufe der Zeit kurz vor der Fertigstellung und blockiert immer mehr Licht. Die Tatsache, dass in den letzten hundert Jahren das Licht des Sterns so stark gedimmt hat, könnte durch den Baufortschritt erklärt werden.

Die Idee ist faszinierend, wenn auch nicht standardisiert.


Die unvollendete Megastruktur von Außerirdischen, die im Prinzip vom Gaia-Weltraumteleskop erfasst werden konnte, könnte das Licht des Sterns teilweise verdecken. Dies ist jedoch nicht der Fall in der Nähe von KIC 8462852 - diese Option lehnt die Untersuchung des Spektrums ab.

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

Aus 19.000 Bildern, die in den letzten drei Jahren in vier Wellenlängenbereichen von blau bis infrarot aufgenommen wurden, haben wir erfahren, dass in allen Fällen von gedimmtem Glühen blaues Licht hauptsächlich blockiert ist: von kurzfristigen Zerfällen bis zu langfristigem Ausbleichen. Und nur eines kann blaues Licht blockieren, während Rot durchgelassen wird: Staubpartikel einer bestimmten Größe.


Links - ein Foto im sichtbaren Licht, rechts - im Infrarot; Die staubreiche Barnard 68- Kugel ist im Bild sichtbar. Infrarotlicht wird weniger blockiert, da Feinstaubpartikel nicht mit Licht mit langer Wellenlänge interagieren können.

Es muss also Staub sein. Unabhängig vom Grund für die Abnahme der Menge des durchgelassenen Lichts sowie für das langfristige Dimmen sollte Staub die Grundlage für dieses Phänomen sein. Keplers Leuchtkrafteinbrüche und uraltes Ausbleichen werden durch dasselbe Phänomen verursacht. Wie in der neuen Arbeit angegeben :

Diese Farbabschwächung zeigt das Vorhandensein von Staubpartikeln mit einer Größe von bis zu ~ 0,1 μm an. Solcher Staub sollte durch den Druck der Strahlung des Sterns ziemlich schnell weggeblasen werden, so dass sich in wenigen Monaten Staubwolken bilden mussten. Moderne Infrarotbeobachtungen wurden mit einer Staubbeschichtung von 12,4% ± 1,3% durchgeführt und entsprechen der Verdunkelung des Lichts durch zirkumstellaren Staub.

Darauf deuten die Beweise hin: Staub. Trotzdem bleibt die Situation etwas rätselhaft.


Eine Illustration einer komplexen, staubigen Region um einen Stern, die mit aktuellen Daten von Tabota Boyajyan überlagert wurde, die die jüngsten Leuchtkraftfehler zeigen. Staub kann nicht auf der Oberfläche des Sterns sein, wie im Bild gezeigt.

Infolgedessen kombiniert der Stern Tabby Merkmale in sich, deren gleichzeitige Präsenz wir nicht erwarten konnten:

• Das Bild stimmt mit dem überein, das sich in Gegenwart einer großen Menge zirkumstellaren Staubes befinden sollte, was normalerweise auf die außergewöhnliche Jugend des Sterns hinweist, 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 von Millionen Jahren alt und brennt in jeder Hinsicht stetig in der Hauptsequenz.

Mit anderen Worten, der von uns sichtbare Staub sollte unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Sterns nur wenige Monate verbleiben. 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 die Existenz einer Staubscheibe und von Fragmenten um den Stern herum. Dann hätte ein unglaublicher Zufall eintreten müssen, bei dem seine Ebene idealerweise mit unserer Sichtlinie zusammenfallen würde - dies wäre ein bemerkenswertes, aber unwahrscheinliches Ereignis. Selbst mit einer Wahrscheinlichkeit von 1% wäre es seltsam, dass die verbleibenden 99% der Sterne dies nicht beobachteten.

Die Abnahme der scheinbaren Helligkeit des Sterns seit den 1890er Jahren setzt sich offenbar heute, im Jahr 2018, fort, ist jedoch ungleichmäßig. Darüber hinaus gibt es ständig monatelange vorübergehende Abnahmen der Leuchtkraft sowie kürzere Einbrüche, die nicht länger als einen Tag dauern. Dies ist definitiv eine Folge des Vorhandenseins von Staubpartikeln, die wahrscheinlich etwa 100 nm groß sind. Das prozentuale Verhältnis von blockiertem Licht bei verschiedenen Wellenlängen bestätigt dies und lehnt andere Hypothesen ab.

Aber woher kommt dieser Staub? Um die Anzahl der Optionen zu verringern, berechneten die Wissenschaftler die Staubmenge, die erforderlich ist, um die allmähliche Verdunkelung des sichtbaren Lichts des Sterns in den letzten über 100 Jahren sowie für kurzfristige Einbrüche zu erklären. Um zu blockieren, wird basierend auf dem Flugzeug, das den Staub unserer Sichtlinie überquert, eine Staubmasse benötigt, die dem Mond entspricht.


Zunächst wurde ein Kometenfragment-Szenario betrachtet, um zu erklären, was mit dem Tabby-Stern passiert ist. Stattdessen können mehrere kometenähnliche Objekte mit langen Umdrehungsperioden und massiven Staubhalos zu diesen vorübergehenden vorübergehenden Helligkeitsabfällen führen. Dies erfordert jedoch eine große Masse an Materie, die nicht in Form von undurchsichtigen Objekten vorliegt.

Das ist aber noch nicht alles. Frühere Studien haben gezeigt , dass im Weltraum möglicherweise eine große Menge interstellaren Staub vorhanden ist, wie Daten belegen.

Diese Theorie kann die zirkumstellare Variante ersetzen oder ergänzen. Eine Materialscheibe um einen Stern ist am wenigsten zu erklären. Eine große Menge Staub befindet sich möglicherweise nicht in der Ebene, die wir beobachten, sondern auch außerhalb der Ebene und bildet möglicherweise einen Heiligenschein. Wir wissen das nicht, aber wir wissen, dass es, wenn es existiert, nicht zu nahe am Stern sein sollte, sonst würde es im Infrarotbereich strahlen. Kometen müssen auch Infrarotstrahlung emittieren; Das James Webb-Teleskop wird wahrscheinlich herausfinden können, ob Kometen für die vorübergehende Verringerung der Leuchtkraft des Sterns verantwortlich sind.


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

Schließlich gibt es eine andere Kandidatentheorie, um die Beobachtungen zu erklären: Staub kann das Ergebnis einer Verdauungsstörung sein.

Wenn dieser Stern versuchen würde, einen Planeten zu verdauen, einen Gasriesen von der Größe von beispielsweise 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 stattgefunden hat, könnte zu einer vorübergehenden Erhöhung der Helligkeit führen, von der aus der Stern in seinen normalen, stabilen Zustand zurückkehrt. Und die beobachteten Leuchtkrafteinbrüche können durch Planetenfragmente früherer Kataklysmen oder durch die Verdampfung und Emission von Gas aus kleineren Körpern erklärt werden.


Ein Kunstbild von HD 189733 b, dem heißen Jupiter, der seinem Stern so nahe ist, dass seine Atmosphäre kocht und in den Weltraum entweicht. Wenn KIC 8462852 kürzlich einen Gasriesen verschluckt hätte, könnten im Prinzip Staubpartikel „rülpsen“, was zu einer beobachteten Verdunkelung des Lichts führen könnte.

Unabhängig davon, welcher Mechanismus hier funktioniert, können wir eines sicher sein: Der Grund für das Verblassen des Tabby-Sterns liegt im Staub. Dies ist 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, taglose oder weniger helle Helligkeitsabfälle verursacht, verursacht auch monatelange Anlauffarben und hat in den letzten hundert Jahren zu einem allgemeinen Anlaufen des Sterns geführt. All dies ist auf normalen, normalen Staub zurückzuführen.

Eine große und offene Frage lautet: Woher kommt dieser Staub? Es ist nicht da, weil dieser Stern jung ist oder sich noch bildet und die Anwesenheit eines unsichtbaren Begleiters in einem Stern strengen Einschränkungen unterliegt. Es kann nicht vollständig interstellar sein. War irgendein Planet von einem Stern verkocht? Passiert dort noch etwas Ungewöhnliches? Der einzige Weg, dies herauszufinden, besteht darin, mehr wissenschaftliche Forschung und bessere Qualität zu betreiben. Eines ist klar: Auch wenn irgendwo Megastrukturen von Außerirdischen existieren, existieren sie dort nicht.