Художественное изображение KIC 8462852, яркость которой за последние несколько лет менялась необычным образом
Научная охота за планетами в XXI веке развернулась по-настоящему, и на первом месте находится транзитный метод. Когда планета проходит перед её родительской звездой, если смотреть с нашей точки зрения, часть света звезды на некоторое время исчезает. Такие транзиты предоставляют охотникам за планетами плодотворный метод поиска миров на орбитах рядом с другими звёздами. На сегодня нам известны уже тысячи звёзд, имеющих свои планеты, и большая их часть была открыта транзитным методом.
При разработке миссии, концентрирующейся на обнаружении планет, приходится ожидать, что с её помощью мы откроем немало странностей. Однако астрономы совсем не были готовы к обнаружению такой диковинки, как звезда Табби, свечение которой приглушается очень сильно, и совершенно нерегулярно. После нескольких лет спекуляций на эту тему, в течении которых высказывались версии от кометных штормов до мегаструктур инопланетян, учёные, наконец, решили эту загадку. Виновницей назначили пыль, хотя она и ведёт себя несколько необычным образом.
Слева – инфракрасное, справа – ультрафиолетовое излучение звезды Табби. Никаких свидетельств множества объяснений провалов светимости «естественными» причинами.
За несколько лет миссия Кеплер сумела изучить более 100 000 звёзд. Из сотен тысяч звёзд своим интересным поведением выделилась одна. KIC 8462852, известная, как звезда Табби, или звезда Бояджян (в честь первооткрывателя этого поведения), или как WTF? (where is the flux? [игра слов – одинаковая аббревиатура для where is the flux, «где свечение», и what the fuck – «что за херня» / прим. перев.]), обладает совершенно уникальной комбинацией свойств. Она в одно и то же время:
- демонстрирует серьёзное падение светимости, до 22% (у большей части звёзд планеты уменьшают их светимость не более, чем на 1%),
- медленно тускнеет на периодах в несколько десятилетий, но иногда становится ярче (чего не делают никакие другие похожие звёзды),
- общая яркость колеблется во время уменьшений светимости (а не просто плавно уменьшается, а затем увеличивается, как в случае с планетами),
- не даёт инфракрасного излучения (которое демонстрируют все остальные звёзды с серьёзным падением светимости).
Это породило сложную загадку.
Было получено уже большое количество изображений протопланетных систем. Произведением искусства в этой области считается инфракрасный телескоп SPHERE, на регулярной основе выдающий изображения с разрешением порядка 10", или менее 0,003 градусов на пиксель. У KIC 8462852 нет привычных свойств или инфракрасного излучения.
Это не могли быть планеты, поскольку планета не может быть настолько большой, чтобы блокировать такое количество света звезды. Даже если представить себе планету с огромной системой колец, типа гигантского Сатурна, провалы в светимости будут периодическими и гладкими, с определённым плато на графике. Но это противоречит набранным данным.
Художественное изображение системы колец у молодой гигантской планеты или коричневого карлика J1407b, вращающейся вокруг другой звезды. Миры с чрезвычайно сильно развитыми кольцами могут приводить к сильному уменьшению видимого света звезды, но такие уменьшения должны быть периодическими, чего не наблюдалось.
Это могла быть очень молодая звезда с планетезималями, протопланетным диском и чрезвычайно пыльным окружением. Все виденные нами звёзды с сильным падением светимости попадали в эту категорию.
Но звезда Табби слишком старая, чтобы у неё был протопланетный диск: ей много сотен миллионов лет. А что самое главное, она не даёт инфракрасного излучения, которое должно быть у звезды с протопланетным диском. Поэтому эту звезду изначально и назвали WTF, «где свечение».
Художественное изображение молодой звезды, окружённой протопланетным диском. Многие свойства протопланетных дисков вокруг солнцеподобных звёзд неизвестны, но все они обладают характерным инфракрасным излучением. У Табби такого нет.
Это могло быть несколько последовательных событий, связанных с пролётом комет, во время которых они выбрасывают большое количество пыли, падая во внутреннюю часть звёздной системы. Относительно недавно было показано, как это может объяснить наблюдавшиеся кратковременные провалы светимости.
Иллюстрация кометного шторма вокруг близкой к нам звезды Эта Ворона. Вариант с кометами – одно из объяснений уменьшения светимости звезды Табби, которое также было отвергнуто после получения астрономического спектра высокого качества.
Но есть ещё одно явление, которое не объясняет предложенное решение: долгосрочное понижение светимости звезды. Звезду называют «звездой Табби» не потому, что её открыл этот конкретный учёный, а потому, что из-за неё началось научное расследование интересного и важного поведения, не встречавшегося ранее.
Но эта звезда известна уже более столетия, и мы наблюдаем долговременное уменьшение светимости, которую не может объяснить эта модель. Планетную пыль сдувает за несколько месяцев; чтобы загораживать свет звезды в течении ста лет, потребовалось бы практически непрерывно бомбардировать её кометами. Потребовалось бы наличие множества комет на сходных орбитах, а как получить такую конфигурацию, мы не представляем.
Гарвардская световая кривая для звезды KIC 8462852, и сравнение с двумя другими звёздами, чья видимая яркость не менялась.
Какие возможные варианты объяснений оставались? Одна из популярных идей гласила, что вокруг этой звезды некая технологически продвинутая цивилизация строит мегаструктуру, которая периодически (или апериодически) закрывает большую часть света звезды. Структура со временем близится к завершению, и блокирует всё больше света. То, что за последние сто лет свет от звезды так сильно потускнел, можно было объяснить продвижением строительства.
Идея интригующая, пусть и нестандартная.
Частично закрывать свет звезды могла бы недостроенная мегаструктура инопланетян, которую в принципе мог бы обнаружить космический телескоп Гайя. Однако в окрестностях KIC 8462852 происходит совсем не это – такой вариант отвергает исследование спектра.
Но, благодаря огромному количеству последующих наблюдений, мы знаем, что это не так. Причина в том, что мегаструктура инопланетян была бы полностью непрозрачной для света: он бы не мог через неё проходить. Как не мог бы проходить через планеты, луны, или любые другие твёрдые объекты.
Из 19 000 изображений, полученных за последние три года, сделанных в четырёх диапазонах длин волн, от голубого до инфракрасного света, мы узнали, что во всех случаях приглушения свечения в первую очередь блокируется голубой свет: от краткосрочных спадов до долговременного потускнения. А блокировать голубой свет, пропуская при этом красный, может только одно: частицы пыли определённого размера.
Слева – фото в видимом свете, справа – в инфракрасном; на изображении видна богатая пылью глобула Барнард 68. Инфракрасный свет блокируется меньше, поскольку крупицы пыли мелкого размера не могут взаимодействовать со светом с большой длиной волны.
Значит, это должна быть пыль. Что бы ни было причиной уменьшения количества проходящего света, а также долговременного потускнения – в основе этого явления должна лежать пыль. Провалы светимости, полученные Кеплером, и «вековое потускнение» вызваны тем же явлением. Как указано в новой работе:
Это цветовое затухание говорит о наличии частиц пыли размером до ~ 0,1 мкм. Такую пыль должно было сдуть давлением излучения звезды довольно быстро, поэтому пылевые облака должны были сформироваться за несколько месяцев. Современные инфракрасные наблюдения были сделаны при пылевом покрытии в 12,4% ± 1,3%, и они соответствуют приглушению света околозвёздной пылью.
Вот, на что указывают свидетельства: на пыль. Но всё равно ситуация остаётся в чём-то загадочной.
Иллюстрация сложного, заполненного пылью региона вокруг звезды, на которую наложены недавние данные от Таботы Бояджян, демонстрирующие недавние провалы в свечении. Пыль не может находиться на поверхности звезды так, как это показано на картинке.
В итоге, звезда Табби комбинирует в себе особенности, одновременного присутствия которых мы ожидать не могли:
- Картина совпадает с той, что должна быть при наличии большого количества околозвёздной пыли, что обычно говорит о чрезвычайной молодости звезды, находящейся на этапах формирования.
- Сама звезда ярче, горячее и массивнее Солнца: она излучает в четыре раза больше света, чем Солнце.
- Звезда старая: ей сотни миллионов лет, и по всем параметрам она стабильно горит, находясь в главной последовательности.
Иначе говоря, видимая нами пыль должна сохраняться всего несколько месяцев, учитывая свойства звезды. Значит, у звезды есть какой-то способ пополнения запасов пыли. Насколько нам известно, тому есть две осмысленные возможности: либо у звезды существует внешнее пылевое кольцо с плотными пылевыми облаками или постоянно бомбардируемое астероидами, либо же у звезды есть некий внешний объект, блокирующий её свет.
В настоящий момент ведущей идеей считается существование вокруг звезды диска из пыли и осколков. Тогда должно было произойти невероятное совпадение, при котором его плоскость так идеально совпала бы с нашей линией видимости – это было бы примечательным, но маловероятным событием. Даже при вероятности в 1% было бы странным, что у остальных 99% звёзд мы такого не наблюдали.
Уменьшение видимой яркости звезды с 1890-х, судя по всему, продолжается и сегодня, в 2018 году, но идёт оно неравномерно. Кроме того, постоянно встречаются периоды временного уменьшения светимости, длящиеся месяцами, а также более короткие провалы, длящиеся не более дня. Это определённо является следствием наличия частиц пыли, размером, вероятно, порядка 100 нм. Соотношение процентов блокируемого света на разных длинах волн подтверждает эту и отвергает иные гипотезы.
Но откуда берётся эта пыль? Чтобы уменьшить количество вариантов, учёные подсчитали объёмы пыли, необходимые для объяснения постепенного приглушения видимого света звезды за последние 100 с лишним лет, а также для кратковременных провалов. Для блокировки, основанной на пересечении плоскостью пыли нашей линии видимости, потребуется масса пыли, эквивалентная Луне.
Изначально для объяснения происходящего со звездой Табби рассматривался сценарий с обломками кометы. Но вместо этого несколько кометоподобных объектов с длинными периодами обращения и массивными пылевыми гало могут привести к этим временным транзитивным падениям светимости, однако для этого потребуется огромная масса материи, находящейся не в форме непрозрачных объектов.
Но это ещё далеко не всё. Предыдущие исследования предполагали, что в космосе может существовать большое количество межзвёздной пыли, что подтверждается данными.
Эта теория может заменить или дополнить вариант с околозвёздной пылью. Диск материала вокруг звезды – это минимально необходимая для объяснения вещь. Огромное количество пыли может находиться не в той плоскости, что мы наблюдаем, но и вне её, возможно, образуя гало. Мы не знаем этого, но знаем, что если она существует, то она не должна находиться слишком близко к звезде, иначе она излучала бы в инфракрасном диапазоне. Кометы тоже должны выдавать инфракрасное излучение; телескоп Джеймса Уэбба, вероятно, сумеет узнать, отвечают ли кометы за временные понижения светимости звезды.
Диск из пыли и осколков, обращающийся либо вокруг самой звезды, либо вокруг её планет, должен испускать инфракрасное излучение – но такого не наблюдается. Однако наши наблюдения может объяснить наличие диска (или гало), расположенного дальше от звезды.
Наконец, есть ещё одна теория-кандидат на объяснение наблюдений: пыль может быть результатом звёздного «несварения».
Если эта звезда попыталась бы переварить планету, газового гиганта размером, допустим, с Уран, это могло бы всё объяснить. Давнее падение на звезду по спирали планеты или нескольких планетных тел, произошедшее, возможно, сотни или тысячи лет назад, могло привести ко временному увеличению яркости, от которого звезда возвращается к своему нормальному, стабильному состоянию. А наблюдаемые провалы в светимости можно объяснить планетарными осколками предыдущих катаклизмов, или испарением и испусканием газа с более мелких тел.
Художественное изображение HD 189733 b, горячего Юпитера, так близко расположенного к его звезде, что его атмосфера кипит и вырывается в космос. Если бы KIC 8462852 недавно проглотила газового гиганта, она могла бы, в принципе, «отрыгивать» частицы пыли, что могло бы вызывать наблюдаемое приглушение света.
Вне зависимости от того, какой механизм тут работает, мы можем быть уверены в одном: причина потускнения звезды Табби кроется в пыли. Это нормальная корпускулярная пыль, содержащая частицы размерами до 100 нм, или меньше, чем длина волны видимого света. Та же пыль, что вызывает краткие, длиною в день или менее падения яркости, также вызывает потускнения, длящиеся месяцами, и привела к общему потускнению звезды за последние сто лет. Всё это происходит из-за обычной, нормальной пыли.
Большим и открытым вопросом остаётся следующий: откуда эта пыль взялась? Она там не оттого, что эта звезда молода или всё ещё формируется, а на наличие у звезды невидимого компаньона накладываются серьёзнейшие ограничения. Она не может полностью быть межзвёздной. Была ли какая-то планета переварена звездой? Происходит ли там ещё что-то необычное? Единственный способ узнать это – вести больше научных изысканий, и лучшего качества. Ясно одно: даже если где-то и существует мегаструктуры инопланетян, они существуют не там.
Автор: Вячеслав Голованов
