О загадочном поведении звезды табби. Звезда табби. Если взглянуть на вещи реально…

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

Эта звезда находится от нас на расстоянии 1480 световых лет в созвездии Лебедя, она примерно на тысячу градусов горячее Солнца (температура поверхности которого составляет 5778 К) и несколько крупнее его. Это типичная звезда главной последовательности класса F.

Без телескопа ее на небе не разглядишь, у нее 12-я звездная величина. Общепринятого наименования звезды пока нет, но в популярных изданиях ее называют по имени первого автора статьи, опубликованной в сентябре 2015 года, — Табеты Бояджян из Йельского университета.

Результаты исследований изменений светимости звезды Табби (или звезды Бояджян), проводимые космической обсерваторией Kepler в рамках программы поиска экзопланет, оказались в свое время сенсационными.

Светимость на протяжении различных промежутков времени (от 5 до 80 дней) падала до 22%, что невозможно объяснить ни прохождением затеняющей планеты по диску звезды, ни пятнами на поверхности.

Планет подходящего размера просто не бывает, а существование невидимого звездного спутника KIC 8462852 не подтверждается другими наблюдениями. На странный характер светимости обратили внимание волонтеры Planet Hunters — краудсорсингового проекта по поиску экзопланет в данных космического телескопа Kepler (представители этого проекта стали соавторами итоговой статьи). Первоначально были подозрения, что аномалии объясняются проблемами с самим телескопом, однако тщательные проверки позволили опровергнуть эту версию.

Tabetha Boyajian on Twitter‏/@tsboyajian

Астроном Брэдли Шефер изучил также соответствующей области неба, сделанные в обсерватории Гарвардского колледжа в период с 1886 по 1992 год. Выяснилось, что за указанный период светимость звезды также то и дело изменялась. Впрочем, данные, использованные , были получены с помощью 17 различных телескопов, поэтому пока говорить об их надежности не приходится.

Теории, объясняющие необычное явление, множатся день ото дня.

Это могут быть рои комет на сильно вытянутых орбитах, проходящие перед звездой, останки разрушенной планеты или феномены, связанные непосредственно с самим светилом. Публику будоражит то, что некоторые ученые-энтузиасты приписывают все это деятельности чрезвычайно развитой цивилизации, создающей вокруг своей звезды мегаструктуры наподобие знаменитой сферы Дайсона для наиболее эффективного использования звездной энергии. Безусловно, новые наблюдения способны в буквальном смысле этого слова пролить свет на причины загадочного явления.

Конечно, KIC 8462852 не единственная звезда с переменным блеском. Однако все ее ближайшие , включая EPIC 204278916, представляют собой молодые звездные объекты, объяснение затемнений которых не представляет особого труда.

«Инопланетяне, конечно, всегда должны оставаться самой последней гипотезой из тех, что вы привлекаете к объяснениям, — заявил еще в 2015 году в интервью изданию The Atlantic астроном из Университета штата Пенсильвания, — однако все это выглядит так, будто мы действительно наблюдаем стройку инопланетной цивилизации».

Теперь, по словам Райта, сообщившего об этой новости в своем твиттере , звезда вновь напомнила о себе и начала тускнеть рано утром в пятницу — ее блеск снизился на 3% всего за несколько дней. «Крестная мать» звезды Табета Бояджян подтвердила эту информацию 20 мая. Об этом говорят данные оптической и инфракрасной спектроскопии и фотометрии роботизированной обсерватории Las Cumbres в Калифорнии и др.

«Звезда Табби меркнет! Наблюдайте!» — написала первооткрывательница в своем твиттере.

«Насколько я могу судить, сейчас каждый телескоп, который может быть направлен на эту звезду, неотрывно следит за ней», — говорит астроном Мэтт Мутерспо из Университета штата Теннесси. К сожалению, ученым изрядно мешает то, что звезда сейчас находится близко к Солнцу, но тем не менее они призывают обратить на нее все возможное внимание всех наблюдателей, обращаясь через прессу и соцсети.

Звезда под названием KIC 8462852 впервые была описана американским астрономом Табетой Бояджян. Звезда Табби расположена в созвездии Лебедя, в 1488 световых годах от нас. Ее масса и радиус в полтора раза превышает параметры Солнца соответственно, а значение температуры расположено в окрестности 6750 К.

В 2015-м году звезда Табби привлекла внимание общественности в результате публикации научной статьи нескольких астрономов, которые, опираясь на результаты наблюдения, отметили аномальную активность звезды. Цель проведенных исследований – светимость звезды Табби, которая меняется нетипичным образом и требует дальнейшего поиска причин данного явления.

Результаты наблюдения

KIC 8462852 стала одной из 100 000 звезд, которые были обнаружены при помощи телескопа Kepler в 2009-м году в рамках программы по поиску . С того момента астрономы вели наблюдения за изменением блеска открытых звезд для выявления вращающихся вокруг них космических тел.

В большинстве случаев наличия планеты, вращающейся вокруг звезды, блеск последней менялся не более чем на 1% с определенным периодом с определенным периодом, вроде каждые несколько недель или месяцев.

Однако, светимость KIC 8462852 изменялась не только не периодично, но и достаточно значительно, чтобы привлечь внимание. Так в 2009-м году, согласно проводимым наблюдениям, яркость звезды внезапно упала, и длилось это целую неделю. Предположение о движении планеты по орбите звезды, как о причине изменения ее блеска, было отклонено, так как данное явление было не симметричным. Спустя два года стабильного показателя яркости звезды Табби, он вновь внезапно изменился, снова на неделю, и аж на 15%.

В 2013-м году яркость начала нерегулярно, буквально хаотично, меняться, что длилось на протяжении ста дней. В течение этого времени блеск падал вплоть до 20%. Подобные процессы не наблюдались ни за одной из звезд, открытых Kepler.

Гипотезы

Прежде всего ученые попытались исключить такие возможные причины, как неполадки с инструментами и телескопами. Кроме того, после определения спектрального класса звезды (F3 V/IV) стало ясно, что внутренние процессы, протекающие в ней, не могли вызвать такого аномального изменения блеска.

Непериодическое изменение яркости наблюдалось не только у звезды Табби, но и у других звезд. Однако такие космические тела были и их поведение подразумевает свои собственные схемы перемен яркости. Одной из причин изменения блеска таких звезд является околозвездный диск, который уже был обнаружен у некоторых из них. Таким образом, разного рода столкновения в околозвездном диске могут вызвать облака пыли, которые и закрывают поверхность звезды от наблюдателя. Но подобное явление в случае с KIC 8462852 невозможно, так как данная звезда немолодая. Поэтому в ее случае причиной этих «затмений яркости» могут быть большое количество тел, вроде комет и астероидов.

Для наличия большого числа малых объектов вблизи орбиты звезды потребовалось бы гравитационное влияние другой звезды, проходящей около Табби несколько тысячелетий назад. Вблизи Табби действительно наблюдается еще одна звезда, однако пока не ясно, является ли она оптической иллюзией в результате воздействия гравитации на лучи света, идущие от нее на Землю, либо является компаньоном Табби. Но согласно результатам подсчетов, потенциальная звезда-компаньон Табби не имеет достаточной массы, чтобы проявить требуемого гравитационного влияния.

Рассматривалась еще одна гипотеза, согласно которой столкновение двух космических тел вблизи звезды могло образовать множество небольших обломков, которые и вращаются вокруг звезды Табби. Но в таком случае наблюдалось бы инфракрасное излучение этих разогретых обломков, которое не наблюдается. Так или иначе, кометы или осколки с очень малой вероятностью могу перекрыть целых 22% света от звезды.

Ученые настолько были загнаны в угол, что начали возникать довольно смелые предположения, наиболее популярным из которых является наличие крупной астроинженерной конструкции вокруг звезды – сферы Дайсона. Данная гипотеза, очевидно, предполагает существование внеземных цивилизаций и потому является очень интересной темой для СМИ. Но и здесь результаты наблюдения не сопоставимы с концепцией подобной искусственной структуры. Дело в том, что огромная структура вокруг звезды KIC 8462852 несомненно нагревалась бы от лучей звезды и переизлучала бы тепло в инфракрасном диапазоне, который не наблюдается учеными.

Дальнейшие наблюдения

Уже был предложен ряд гипотез, объясняющих аномальное изменение яркости звезды Табби, однако каждая из них опровергается расчетами или результатами наблюдений, а посему работы в этой области продолжаются. Сама же Табета Бояджян, вместе с астрономом, специализирующимся в вопросах неземных цивилизаций Джейсоном Райтом (Jason Wright) предложила провести поиск излучения в радиодиапазоне, чтобы окончательно исключить, или даже подтвердить версию о влиянии конструкций инопланетной цивилизации на яркость звезды. С 19-го октября 2015-го года проект по поиску внеземного интеллекта SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) начал вести наблюдения за окрестностями звезды в надежде обнаружить радиосигналы, которые могут быть случайно перехвачены или даже намерено посланы другой цивилизацией.

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.