Den videnskabelige søgen efter at forklare Keplers mest gådefulde fund

Nogle 1, 500 lysår fra Jorden, et mysterium af stjerneproportioner udspiller sig. En enestående stjerne derude fangede videnskabsmænds og offentlighedens fantasi i september 2015 med sin mærkeligt svingende lysstyrke. Lige siden dengang, det videnskabelige samfund har observeret denne gådefulde karakter og søgt metodisk gennem dataene på jagt efter et svar. Visse forklaringer er elimineret, mens andre sandsynlige mistænkte kommer på banen. I mellemtiden verden har chancen for at se, efterhånden som den videnskabelige proces og mysteriet fortsætter med at udfolde sig.

Stjernen under lup er officielt kendt som KIC 8462852, men fik tilnavnet "Tabby's Star, "for sin opdager, Tabetha Boyajian, en assisterende professor i astrofysik ved Louisiana State University i Baton Rouge. Det blev først berømt, da data fra NASAs Kepler-rumteleskop afslørede, at der var sket pludselige og betydelige fald i dens lysstyrke i 2011 og 2013. Stjernens lys blev dæmpet med hele 22 procent i dage ad gangen. Ingen anden stjerne ud af mere end 200, 000, som Kepler målte under sin oprindelige, fireårig mission opfører sig på præcis denne måde.

"Denne [dæmpende] adfærd var ikke noget, vi ledte efter eller havde trænet vores algoritmer til at finde, " sagde Boyajian. "Faktisk, Vi blev først advaret om stjernens unikke aktivitet af borgerforskere, der deltog i Planet Hunters-programmet."

En stjernedetektivhistorie

Internettets foretrukne teori til at forklare det mærkelige fænomen var, at dette kunne være en Dyson-sfære - en hypotetisk struktur bygget af en avanceret fremmed civilisation for at indsamle energi fra sin stjerne. Imidlertid, nye data fra NASAs Spitzer-rumteleskop og Swift-missionen, sammen med et belgisk observatorium brugt af amatørastronomer, give stærke beviser mod en sådan "megastruktur."

Disse observatører kiggede på en anden type gådefuld adfærd fra Boyajians stjerne:en mindre ekstrem, langtidsdæmpning, der også er svær at forklare. Det, de fandt, fortæller os noget om de pludselige dyk i stjernens lys, også:Deres resultater viser, at en stor, et solidt objekt som den antydede struktur ville ikke få stjernelys til at dæmpe på den nøjagtige måde, teleskoperne observerede.

Det videnskabelige samfund har faktisk gået ind for en række mere plausible forklaringer hele tiden. Disse scenarier udsættes for den samme strenge vurdering:en gruppe forskere hælder til en bestemt idé, de foretager observationer af stjernen, analysere data, sammenligne deres foreslåede scenarie med resultaterne af andre forskere verden over, og se, hvordan det hele hænger sammen.

Indtil nu, disse undersøgelser har fået videnskabsmænd til at udelukke flere hypoteser for adfærden af ​​Boyajians stjerne, i det mindste i afventning af yderligere udvikling. Alligevel er det denne eliminationsproces – videnskabsmænd arbejder sig gennem de sandsynlige skyldige, krydser navne fra deres liste, én efter én – det vil bringe os tættere på at løse mysteriet.

De seneste fund, baseret på de nye data fra Spitzer og Swift, pege fingeren mod en ujævn støvsky, der kredser om stjernen for at forklare den lange, langsom dæmpning af stjernen, hvilket kan vise sig at være relateret til de korte dyk i lysstyrke. Med hensyn til sidstnævnte, en undersøgelse har antydet, at en stjerne, der kredser om en planet med ringmærker, og klynger af asteroider kunne udvise den samme mærkelige dæmpningsadfærd. Endnu en anden har overvejet, at en planet bliver trukket fra hinanden og opslugt af stjernen. Disse relative nybegyndere til mysteriet har fulgt andre forklaringer, der tidligere er blevet stillet for retten af ​​videnskabsmænd for Boyajians stjernes mærkelige opførsel. Her er et par af de "anklagede, " og beviserne, der frigjorde dem.

Kan det være en sværm af kometer?

En forklaring på Boyajians stjernes mystiske kortsigtede dæmpningsadfærd kunne være en sværm af kometer – hundredvis af dem, i det mindste – passerer foran stjernen. En så stor mængde affald kunne være i stand til at blokere nok lys til at dæmpe stjernen betydeligt, og med ujævne mellemrum, men her, også, det har kastet forskerne en kurvebold. Temperaturen af ​​alt støv og snavs, der er forbundet med en horde af desintegrerende kometer, skulle få det til at lyse i det infrarøde - noget Spitzer-teleskopet ville være i stand til at se. Spitzer, imidlertid, fandt ingen overskydende infrarød stråling.

Hvad med et objekt, der formørker stjernen?

Kan det være et stort objekt, der passerer foran stjernen? Dette er den type dæmpning, som Kepler blev designet til at opdage i sin jagt på exoplaneter:som en miniformørkelse, en planet, der krydser sin stjernes ansigt, vil forårsage en lille, men observerbart, fald i lysstyrken. I dette tilfælde, selvom, de ekstreme dæmpningsbegivenheder ville kræve et objekt på størrelse med en stjerne, og gravitationskraften udøvet på Boyajians stjerne af en sådan ledsager ville være tydelig i opfølgende observationer. Intet er blevet opdaget indtil videre.

"Da jeg første gang så dataene, Jeg blev straks mindet om de formørkende triple-star systemer opdaget af Kepler – systemer som KOI-126, som viser lignende mønstre af uregelmæssige, formørkelseslignende dæmpninger, " sagde Natalie Batalha, en astrofysiker ved NASAs Ames Research Center i Californiens Silicon Valley. Men, igen, en stjerne, der er engageret i et så kompliceret forhold, ville føle tyngdekraften fra sine partnere, bringer en mærkelig rytme til dens dans:en systematisk slingre af systemets massecenter. "Jeg var meget overrasket over at erfare, at opfølgende målinger med jordbaserede teleskoper ikke afslørede noget bevis på en ledsager af stjernernes masse."

Brænder stjernen bare ud?

På trods af det subtile, langvarig dæmpning observeret, det er ikke et spørgsmål om, at lyset simpelthen går ud ved Boyajians stjerne. Astronomer har fastslået, at dette er en type stjerne, der fusionerer brint til helium i sin kerne. I betragtning af dette faktum og hvor det er i sin forventede levetid, det skal gradvist lysne, not growing fainter.

Apart from its long-term evolution, a star's magnetic activity – which produces sunspots – does go through shorter cycles, creating some ups and downs in brightness. Imidlertid, the extent of those changes and the timescale on which they occur are not comparable to this one's sudden, dramatic dips. For eksempel, the brightness of our sun may decrease periodically, but that's a change on the order of just one-tenth of one percent over its 11-year solar cycle.

Was there simply an instrument glitch?

Some observers questioned if an instrument glitch could be responsible for the strange data on Boyajian's star. Ingen, says Doug Caldwell, SETI Institute researcher and instrument scientist for the Kepler mission at Ames—for two reasons. Først, the results are the same, regardless of which of the telescope's detectors were observing the star, ruling out a defect on the lens of the photometer, or the on-board camera. Second, the enormous drops in brightness were already visible in every single pixel attributed to this star in the Kepler images. Som regel, all those pixels need to be added together and the total brightness of a star measured, in order to detect a change; if any pixels belonging to another star are mistakenly included, this can create a false positive. That was clearly not the case here.

Indtil nu, no warrant has yet been issued for any one explanation's arrest, and so the hunt goes on.

Keeping Many Eyes on the Star

With the case of Boyajian's star still open, scientists continue to ask What if…?, and adjust their ideas according to what the data reveals. Some proposed solutions could even come back into fashion as more measurements are made, revealing more definitively whether the star has any companions and how they might interact. Using telescopes around the world to analyze the star's light at all wavelengths and with greater resolution, astronomers are picking out more details of its characteristics.

They're also monitoring the star over the long term.

"To learn more, we needed to catch it in action again. It just comes down to that, " Boyajian said. "We can't rule anything out completely until the evidence warrants it."

In May 2017, and again in June, August and September, the star obliged with new performances of unexplained dimming, and astronomers were ready for it. The dips in brightness were smaller this time, and the four events lasted between five days and two weeks. Scientists are now processing this new data, wondering if it will hold the key to understanding this remarkable star.

"This kind of patiently executed, coordinated monitoring at multiple wavelengths will unlock this mystery eventually, " Batalha said.

Until that time, the public and scientists alike can follow the investigation's progress online with the hashtag #TabbysStar, checking for new clues or new dimming events from the star, and watching as researcher-detectives work hard to crack the case.