Звезда Табби (KIC 8462852) захватила мировое внимание еще в сентябре 2015 года, когда было обнаружено, что она испытывает таинственное падение яркости. 18 мая 2017 года было объявлено о новых провалах, что побудило обсерватории со всего мира направить свои телескопы на Табби.
Как и прежде, это таинственное поведение подпитывало предположения о его причинах. Раньше идеи варьировались от роя комет и поглощения планеты до инопланетных мегаструктур. Но последние исследования описывают новые причины. Первая – наличие в системе KIC 8462852 троянских астероидов и массивной планеты с кольцами, вторая – кольцевая система во внешней Солнечной системе.
Огромная планета с кольцами и троянские астероиды
Первое исследование, представленное в , проведено командой ученых из Испании. Работа основана на данных телескопа «Kepler», который фиксировал провалы в яркости звезды до 20 процентов в 2015 году, а также на наблюдаемых позже непериодических повторениях затмений. Команда создала модель системы, которая показала, что объект с кольцами и троянские астероиды, следующие по одной орбите, могут объяснить загадочное поведение звезды.
Система звезды Табби в представлении испанских ученых. Credit: F. Ballesteros et al.
Это объяснение предлагает не только совершенно естественный сценарий того, что могло бы привести к затмению звезды, но также указывает на то, что может подтвердить их теорию. «В то время, как большинство сценариев других ученых обязывают к присутствию в системе никогда непосредственно не наблюдавшихся астрономических объектов, от роя комет до сферы Дайсона, наша модель требует наличия относительно знакомых вещей, а именно большой планеты с орбитальными кольцами и облаком троянских астероидов. Более того, наша работа позволяет сделать определенный прогноз: облако троянцев должно вызвать новый период провалов в кривой блеска примерно в 2021 году», – сказал Фернандо Бальестерос, ведущий автор исследования из Университета Валенсии (Испания).
Джейсон Райт из Университета штата Пенсильвания (США), который предложил теорию инопланетный мегаструктуры, прокомментировал работу испанских ученых. Он отмечает, что теория имеет сильные стороны, но не учитывает некоторые наблюдения.
По его словам, провалы в яркости довольно значительные, что не может легко объясняться природными явлениями. Исследование также не затрагивает вековое угасание звезды Табби. Но, пожалуй, самым важным, по мнению Райта, является масса, которая потребуется для создания затмения.
«Им нужно много астероидов. Количество, которое они предлагают, огромно: больше массы Юпитера! Мне непонятно, как такой рой может быть со-орбитальным с планетой и оставаться стабильным. Кроме того, как вы удержите вещество столь огромной массы от объединения в планету? Да и где взять столько камней?!» – комментирует Джейсон Райт.
Кольцо вокруг Солнечной системы
Вторая статья также представлена в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . В ней профессор Джонатан Кац из Вашингтонского университета (США), утверждает, что провалы звезды Табби могут быть вызваны объектами в самой Солнечной системе, в частности, кольцевой структурой, которая находится между телескопом «Kepler» и KIC 8462852.
Основываясь на интервале между провалами, а также на орбите телескопа, Джонатан Кац вычислил на каком расстоянии должно располагаться это гипотетическое кольцо, а также дал оценку его размера и распределения твердых частиц. Как он написал в своей работе, объект размером 600 метров сможет ненадолго скрыть весь свет, идущий от звезды Табби.
«Возникновение глубоких провалов, разделенных примерно двумя годами наблюдений «Kepler», намекает на то, что это явление может быть локальным, а не околозвездным. Это наводит на размышления, но не является статистически убедительным, так как интервал отличается от кеплеровских лет на несколько процентов. Однако, трудность разработки убедительной околозвездной модели оправдывает возможные объяснения с использованием колец из Солнечной системы», – сказал Джонатан Кац.
Еще одним интересным аспектом исследования является тот факт, что оно также делает прогнозы относительно будущих затмений. Гипотеза показывает, что будущие провалы в яркости могут наблюдаться с Земли с интервалами всего в один год. Но, по словам Райта, который также прокомментировал эту статью, это выглядит как математический просчет.
«Некоторые математические данные кажутся мне неправильными. Джонатан Кац предсказывает, что провалы будут видны с Земли каждые 365,25 земных дней, но он игнорирует орбитальное движение самого объекта. Кроме того, такое кольцо не может объяснить все провалы, да и как вообще оно могло возникнуть?» – комментирует Джейсон Райт.
Возможно мы никогда не узнаем, что стоит за странным поведением KIC 8462852. Но хочется верить, что телескопы следующего поколения помогут нам в этом разобраться, и мы сможем по-настоящему исследовать эту загадочную звезду Табби.
В последнее время внимание астрономов привлекла далекая звезда KIC 8462852, или Табби. Дело в том, что телескоп Кеплера, наблюдавший за ней с 2009-го по 2013 год, обнаружил: светило регулярно мерцает, причем данный процесс носит не совсем типичный характер… Это навело некоторых экспертов на мысль, что мерцание имеет искусственное происхождение.
Ученые нашли "Звезду смерти"
Загадочные затемнения
Упомянутая двойная звезда KIC 8462852, расположенная в созвездии Лебедя, в 1480 световых годах от Солнца, получила свое "неофициальное" название в честь впервые исследовавшей ее свойства Табеты Бояджян, сотрудника Йельского университета. В сентябре минувшего года волонтеры Planet Hunters (краудсорсингового проекта по поиску ) обратили внимание на то, что свет звезды регулярно затемняется.
Обычно это указывает на прохождение перед диском светила экзопланеты. Известно, что наиболее крупные планеты могут блокировать до одного процента излучения звезд, однако в случае с Табби она теряла в периоды затемнений до 20 процентов своей яркости! Кроме того, если дело в планете, то промежутки между затемнениями должны быть регулярными, а между тем, они являются спорадическими: паузы в изменениях свечения могут составлять от пяти до 80 дней.
Кометы или сфера Дайсона?
Бояджян и ее коллеги попытались отыскать причину этой "аномалии". Сначала они внимательно исследовали данные "Кеплера" в поисках возможных ошибок и погрешностей. Но информация не была искажена.
Рассмотрев возможные сценарии, Бояджян пришла к выводу, что тип звезды и ее спектральный анализ исключают изменение светимости из-за внутренних процессов. Затемнение может давать пыль от окружающего звезду кометного облака. В то же время сама исследовательница признает, что это объяснение выглядит немного натянутым: окружение кометным роем характерно для молодых звезд, планетная система которых находится на стадии формирования. Но KIC 8462852 не является такой звездой, поэтому в рой могут входить как кометы, так и астероиды, притянутые на орбиту звезды гравитационным возмущением, вызванным прохождением другого светила несколько тысячелетий назад.
Кроме того, если принять за истину "кометную" гипотезу, то кометы должны быть диаметром от 200 километров. "Сложно подобрать настолько крупные кометы, которые будут блокировать так много света звезды", — заявила Бояджян.
Известие об "аномальной" звезде взбудоражило астрофизическую общественность. Джейсон Райт из Пенсильванского университета даже предположил, что Табби может быть окружена некими мегаструктурами, созданными . Например, это может быть астроинженерный объект, называемый сферой Дайсона, построенный из материала планет местной системы с целью сбора излучаемой звездой энергии.
Райту вторит и директор Исследовательского центра поиска внеземных цивилизаций при Калифорнийском университете Эндрю Симион: "Возможно, мы имеем дело с чрезвычайно развитой цивилизацией, соорудившей большую сеть накопителей, чтобы аккумулировать огромные запасы энергии, получаемой от звезды. Возможно, кривая блеска своей нерегулярностью говорит о том, что вокруг звезды вращаются искусственно созданные объекты".
Если взглянуть на вещи реально…
В поисках истины Брэдли Шефер из Университета штата Луизиана обратился к старым фотопластинкам обсерватории Гарвардского колледжа. Оказалось, что с 1890-го по 1989 год Табби фотографировали более 1200 раз. Выяснилось, что звезда мерцает через короткие промежутки времени, а также на протяжении последнего столетия она постепенно теряла свою яркость.
Хотя окружение светила кометным роем, безусловно, выглядит более правдоподобной версией, чем деятельность инопланетной цивилизации, здесь возникает множество вопросов.
"У них должно быть больше массы, чем мы имеем во всем поясе Койпера, — комментирует Массимо Маренго из Университета штата Айова. — На этом можно было бы выйти, если допустить, что одно и то же семейство комет проходит перед звездой снова и снова. Но с вековой тенденцией затемнения, это семейство комет должно становиться больше всякий раз, когда проходит мимо звезды. Это сложный вариант".
Что же касается гипотезы с инопланетянами, то астроном Фил Плэт подсчитал, что для уменьшения яркости звезды на 20 процентов последним понадобилось бы соорудить как минимум 750 миллиардов квадратных километров энергопанелей, что в полторы тысячи раз больше площади Земли.
19 октября прошлого года Институт SETI начал с помощью радиотелескопа Allen Telescope Array наблюдать за радиоизлучением KIC 8462852, пытаясь уловить сигналы искусственного происхождения, которые могли бы свидетельствовать о присутствии вблизи звезды разумной цивилизации. Однако таковых обнаружено не было.
В январе этого года появилось сразу несколько исследований, касающихся тайны звезды KIC 8462852, более известной как «звезда Табби». Необъяснимые ранее колебания яркости этой звезды заставили даже профессиональных астрономов всерьез обсуждать версию, что вокруг нее находятся циклопические сооружения, построенные высокоразвитой цивилизацией. Редакция N + 1 решила разобраться в хитросплетениях этого астрофизического детектива и поговорила с Андреем Плаховым, руководителем отдела функциональности Поиска Яндекса и одним из соавторов статьи о звезде Табби, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Одно из основных отличий астрономии от других областей науки состоит в том, что методы исследования интересующих нас объектов и явлений являются пассивными и часто требуют больших временных затрат. Мы не можем «пощупать» или как-то повлиять на небесные тела, ставить эксперименты над ними, как это происходит, например, в физике. Некоторый простор для активных исследований космоса предоставляет космонавтика, в частности автоматические межпланетные станции и аппараты, однако применимость таких методов ограничена размерами Солнечной Системы. Основным же способом получения информации о Вселенной является регистрация и анализ электромагнитного излучения или потоков частиц () от других объектов, а с - еще и гравитационных волн.
Как узнать больше о далекой звезде? Можно, например, проследить за изменением ее яркости в течение определенного промежутка времени. Если яркость звезды будет периодически кратковременно падать, то это может говорить о наличии у нее планеты и позволяет определить ее размеры. Именно такой метод, получивший название «транзитная фотометрия» , использует космический «охотник за экзопланетами» - телескоп «Кеплер» . Запущенный в 2009 году, он в течение четырех лет наблюдал более 150 тысяч звезд. Архив накопленных данных оказался огромен, и для его обработки астрономы создали проект Planet Hunters , в рамках которого любой желающий мог принять участие в поиске экзопланет.
Типичные кривые блеска для планет, открытых транзитным методом при помощи телескопа «Кеплер».
NASA/Kepler Mission
Странности звезды KIC 8462852
Среди сотен проанализированных кривых блеска была одна, не поддававшаяся объяснению. Она принадлежала звезде KIC 8462852 спектрального класса F , расположенной на расстоянии в 1280 световых лет в созвездии Лебедя, и демонстрировала частые, непериодические падения яркости с разной амплитудой (от 8 до 22 процентов) и длительностью (от нескольких часов до недель).
Инфракрасный снимок звезды KIC 8462852 и ее оптического компаньона, полученный на 10-метровом телескопе Keck II.
T.S. Boyajian et. all (2015)
Звезда KIC 8462852 в инфракрасном (2MASS) и ультрафиолетовом (GALEX) диапазонах.
Оптический снимок звезды KIC 8462852, полученный при помощи роботизированного телескопа сети Virtual Telescope Project.
В сентябре 2015 года в свет вышла статья «Where"s the Flux?», в которой были описаны результаты наблюдений и их анализа, а также возможные версии столь странного поведения звезды Табби. Итогом публикации стало не только возросшее внимание к KIC 8462852, но и ее новые названия - «WTF star» (по первым буквам названия статьи) и «звезда Табби» или «звезда Бояджян» (по имени ведущего автора статьи, американского астронома армянского происхождения Табеты С. Бояджян). Астроном Брэдли Шефер проанализировал исторические данные и выяснил, что звезда первый раз наблюдалась в 1890 году и попала в несколько астрономических каталогов. Было определено, что в период с 1890 по 1989 год яркость звезды упала примерно на 20 процентов, что было беспрецедентным поведением для любой звезды подобного типа. Возникло даже предположение об артефактах на старых фотопластинках, однако эта версия была проверена и отвергнута.
Кривая блеска звезды Табби по данным «Кеплера», отражающая колебания яркости в течение нескольких лет (внизу показаны два увеличенных фрагмента общей кривой). За единицу принята нормальная яркость звезды.
T.S. Boyajian et. all (2015)
Получалось, что мы имеем дело с реальным астрофизическим объектом, который терял яркость в течение десятков лет, что казалось практически нереальным. Дело в том, что звезды сохраняют почти одинаковую яркость на протяжении миллиардов лет, за исключением периодов молодости или финала своей жизни, а также ряда других случаев. Звезда Табби не находится на стадии формирования, не молода и не стара, не является переменной, не показывает аномальной активности и не входит в двойную систему и, за исключением аномальных затемнений, кажется совершенно обычной.
В 2016 году еще одна работа, посвященная новому анализу данных телескопа «Кеплер», результатом которой стало обнаружение аномально быстрого понижения яркости звезды - за 3,5 года почти на три процента, что не наблюдалось у других звезд (правда, потом , что это не единственный случай такого поведения). В дальнейшем падение яркости звезды удавалось даже , однако она вновь удивила исследователей, которые в архивах случаи повышения ее яркости.
Тайна звезды Табби оказалась настолько интригующей, что в 2017 году более 1700 человек пожертвовали около 100 тысяч долларов в рамках кампании на Кикстартере, чтобы наземные телескопы, входящие в систему LCOGT обсерватории Лос-Кумбрес, наблюдали за звездой в течение года. К наблюдениям также присоединились множество астрономов-любителей и других обсерваторий по всему миру. Итогом работы стала опубликованная в журнале The Astrophysical Journal Letters статья за авторством более двухсот исследователей во главе с Табетой Бояджян.
Кривая блеска звезды Табби, построенная на основе данных телескопов обсерватории Лос-Кумбрес за период с мая по декабрь 2017 года.
Tabetha. S. Boyajian et al 2018 ApJL 853 L8
Какие же версии предлагались учеными для объяснения столь необычного поведения этого объекта? Одной из первых появилась гипотеза о наличии у звезды роя огромных кометных тел на орбите вокруг нее или околозвездного диска. Однако избытка инфракрасного излучения обнаружено не было, а сама звезда не находится в стадии формирования.
«Кроме того, чтобы получить наблюдаемые колебания яркости, эти гипотетические кометы должны двигаться не хаотически, а странными симметричными формациями, поскольку график некоторых затмений похож на трезубец - сначала наблюдается небольшое понижение яркости, затем чуть более сильное, а потом снова небольшое, почти зеркально симметричное первому», - говорит Плахов.
Версия, связанная с пятнами на поверхности звезды или циклами ее активности, также не подтвердилась - на некоторых участках наблюдений были четко видны короткопериодические колебания, связанные с пятнами и вращением с периодом 0,88 земных суток. Но часть изменений светимости, вызванная этим эффектом, хорошо отделяется от «основных событий», продолжающихся по несколько дней, и в целом совершенно ничего не объясняет.
Было признано маловероятным и влияние черной дыры звездных масс, окруженной диском из холодной материи и находящейся на промежуточном расстоянии между нами и звездой, и полностью отброшена гипотеза наличия у звезды черной дыры-компаньона.
Не было найдено никаких свидетельств в пользу самой необычной версии, по которой звезда Табби окружена астроинженерными сооружениями , например . Так, в октябре 2015 года Институт SETI «прослушал» звезду при помощи антенной решетки Аллена в радиодиапазоне, однако не нашел никаких доказательств существования там развитой цивилизации, способной создать такой объект. В дальнейшем некоторые астрономы выказывали недовольство такой политикой первоочередного поиска внеземной жизни в аномальных астрофизических объектах и следующей за ним шумихи в СМИ.
Схематичное изображение роя Дайсона
Wikimedia Commons
По версии астрономов во главе с Табетой Бояджян, данные наблюдений согласуются с оптически тонкими облаками, состоящими из мелкой (менее 1 микрометра) астрофизической пыли, без следов ионизированного газа, и не связаны с непрозрачными макроскопическими объектами (такими как мегаструктуры, планеты или звезды), активностью звезды или аномалиями, связанными с инструментами и методами наблюдений. Однако необходимы дальнейшие наблюдения и их сопоставления с моделями, чтобы прийти к какому-то более конкретному заключению.
Странности графика
График колебаний яркости звезды Табби совершенно сбил астрономов с толку. «Упрощенно говоря, на графике встречаются несколько «трезубцев» - сначала одно небольшое падение яркости, потом подъем (но не до исходного уровня), потом более существенное снижение, новый подъем, снова небольшое снижение, а затем возвращение к исходному значению», - рассказывает Андрей Плахов.
Несмотря на большое количество версий достаточно внятного объяснения этим колебаниям ученые не находили. Можно было бы представить себе некий непрозрачный предмет, периодически затмевающий звезду, но его размер должен в несколько раз превышать диаметр звезды, а форма должна быть настолько причудливой, что в его реальность верить отказывались.
Плахов и его соавторы создали алгоритм, который подбирал по графику колебаний яркости возможные геометрические формы затеняющего тела. В результате перебора множества вариантов астрономы смогли найти достаточно реалистичный и при этом с нужной точностью укладывающийся в наблюдаемую картину.
Основная сложность в решении этой задачи, объясняет Плахов, состояла в том, что для восстановления вида затемняющего объекта по кривой светимости не хватает данных. «Данные, которые нам доступны, это, грубо говоря, одномерный сигнал. Если временно забыть о спектральном анализе, то для каждого момента времени нам известно единственное число: то, на сколько процентов сейчас звезда темнее относительно максимума своей светимости. А восстановить мы хотим форму объекта, проходящего по диску звезды, то есть его двумерный профиль. Иными словами, нам нужно восстановить «двумерное событие» по «одномерным данным», свободных параметров в задаче гораздо больше, чем данных. Это, в частности, означает, что математически корректных решений много. Но большинство из них совершенно нефизичны (хотя инопланетянам построить такой объект, наверное, было бы под силу)», - говорит он.
Вот так могут выглядеть такие нефизичные объекты, порождающих затмения, по форме чем-то похожие на участки кривой светимости звезды Табби:
«Вторая проблема состоит в том, что телескоп «Кеплер» сломался в самый неподходящий момент! Новые, но столь же точные и информативные замеры кривой светимости без запуска в космос нового космического телескопа получить абсолютно нереально. Мой соавтор Брюс Гэри, к счастью, отличный астроном-наблюдатель. Он сумел провести наблюдения с поверхности Земли с хорошей точностью, позволившей установить, что кривая светимости в ходе очередного «современного» затмения очень похожа на одно из затмений, зарегистрированных «Кеплером». Таким образом был определен предполагаемый период обращения возможного коричневого карлика, что, в свою очередь, позволило оценить и параметры его орбиты», - отмечает Плахов.
В результате ученые пришли к выводу, что на орбите вокруг звезды Табби может находиться коричневый карлик с массой порядка 15 масс Юпитера, с системой гигантских колец, которые вызывают колебания яркости, проходя по диску звезды. «Эта гипотеза с достаточной точностью объясняет часть странных затмений», - говорит Плахов. Сам карлик можно было бы обнаружить методом Доплера , но это было бы возможно, если бы карлик был сильно ближе к звезде. Засечь транзит карлика по диску звезды также очень трудоемкая задача из-за его небольших (по отношению к звезде) размеров и кратковременности события - необходимо непрерывно следить за звездой несколько лет при помощи достаточно мощных космических телескопов.
Проблема, однако, состоит в том, что внешние границы колец должен быть значительно дальше предела Роша , зоны вокруг планеты, где все тела разрушаются за счет приливных сил. Кольца Сатурна, например, представляют собой перемолотые внутри предела Роша спутники. Кольца, чей радиус больше предела Роша, теоретически должны под действием собственного тяготение собраться в спутник, поэтому существует нижний предел массы «окольцованного» объекта, определяемый сферой Хилла . Правда, отмечает Плахов, у того же Сатурна есть очень «прозрачные» по сравнению с остальными, но все же вполне существующие кольца и за пределами Роша. Но такие объекты и их динамика совершенно не изучены, а известные нам примеры единичны. И в любом случае они намного меньше и менее плотны, нежели предполагаемые кольца коричневого карлика у звезды Табби.
«Можно предположить, что какое-то явление постоянно подпитывает эти кольца, один из вероятных источников - это сублимация замерзшего спутника коричневого карлика. В любом случае, пока для нас это единственная гипотеза, которая позволяет объяснить поведение странной звезды без привлечения инопланетян. Хотя наша работа их и не исключает. Может быть, это действительно процесс строительства неких мегаструктур, но, как известно, любая достаточно развитая технология неотличима от явления природы», - говорит исследователь.
Александр Войтюк
Новая теория утверждает, что KIC 8462852, также известная как «Звезда Табби», или «Гигантская звезда пришельцев», периодически пропадает с неба не из-за объекта, который закрывает нам обзор, а из-за ослабления излучения.
Яркость этих небесных тел меняется постепенно, от их рождения до конца существования, но KIC 8462852 является звездой F-типа среднего возраста, немного большей, чем Солнце. Такие объекты ранее не были замечены изменяющими степень излучения за короткий промежуток времени. Предполагалось, что, когда за ней наблюдали в космический телескоп Кеплер, что-то мешало разглядеть ее как следует. Теории были различными: гигантские НЛО или кометы, проходящие через газовые облака…
И все эти мнения имели право на жизнь, с учетом того, что яркость звезды снижалась на длительное время. Однако позже ученые предположили, что дело могло быть во внутренних изменениях в KIC 8462852, и привели доказательства в пользу этого.
НЛО или экспоненциальный закон в действии?
Статья в Physical Review Letters описывает, что по соседству с большой и яркой звездой Табби находятся несколько маленьких. И это тот случай, когда применим экспоненциальный закон, гласящий, что есть зависимость между частотой повторения событий и их значимостью.
Маленькие события происходят чаще, чем большие. Где работает этот закон, там снижение частоты будет постоянным по отношению к увеличению в размерах. Авторы статьи утверждают, что KIC 8462852 следует тому же правилу, что и снег, который начинает таять незадолго до схождения лавины.
Все эти явления, известные как «лавинная статистика», были замечены в физических системах, близких к переходу в фазу, где произойдет что-то важное.
Главный автор публикации Мохаммед Шейх верит, что существование этого закона может помочь астрономам разгадать загадку звезды Табби. «Это дает нам возможность интерпретировать события и проверять наличие зависимостей с другой точки зрения», - говорит он.
Усиленное наблюдение
В дальнейшем ученые планируют использовать несколько телескопов для наблюдения за звездой. Возможно, это поможет выяснить причины столь долгого затмения KIC 8462852: было ли дело в перекрывающих ее объектах, или это лишь снижение яркости светового излучения в результате выполнения условий закона?
Поскольку за звездами F-типа раньше не замечали такого странного поведения, исследования KIC 8462852 могут стать прорывом в астрономии и изменить наше представление о том, как ведут себя небесные тела.
