научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

ЗВЕЗДА БОЯДЖЯН

Звезда Бояджян

В 2014 г. астрономический факультет Пенсильванского университета посетила Табета Боянджян. Она рассказала о необычном открытии, которое впоследствии сильно повлияло на научные карьеры многих.

            Позднее ставшая докторантом Йельского университета, Бояджян отметила необъяснимые колебания яркости звезды, которую обнаружил телескоп "Кеплер", - космическая обсерватория NASA для поиска экзопланет. Эти колебания не имели ничего общего с изменениями света звезды, которые происходят при прохождении планет по ее диску (то есть когда они оказываются между звездой и телескопом). Бояджян исключила многие возможные объяснения этого феномена, в том числе инструментальные сбои в работе "Кеплера". Она искала новые идеи. Один из авторов этой статьи, Джейсон Райт, предложил необычное объяснение: возможно, колебания яркости звезды вызваны инопланетными технологиями.

В 1960 Г. ФИЗИК ФРИМЕН ДАЙСОН ПРЕДПОЛОЖИЛ, ЧТО ЦИВИЛИЗАЦИИ, находящиеся на более высокой ступени развития и испытывающие нехватку энергии, могли бы окружить звезду своей планетной системы устройствами, собирающими энергию. Позже названная сферой Дайсона система таких устройств могла бы поглощать практически всю энергию звезды. Может ли наблюдаемая угасающая звезда послужить первым доказательством того, что иные цивилизации  не вымысел писателей-фантастов? Это, конечно, экстремальная гипотеза, однако на основе имеющихся данных ученые пока не могут ее опровергнуть. Звезда, поставившая в тупик Бояджян и приобретшая популярность среди астрономов и широкой публики, носит теперь ее имя и известна как звезда Табби.

Загадочные явления всегда порождают множество объяснений, ни одно из которых не дает исчерпывающего толкования. Возможно, разгадка таится вне сферы известных астрономических явлений.

Клад "Кеплера"

До запуска обсерватории "Кеплер" в 2009 г. большинство охотников за экзопланетами отыскивали планеты одну за другой, как рыбаки вылавливают по одной рыбке. "Кеплер" вышел на охоту как рыболовное судно, зачерпнув разом тысячи новых миров.

В ТЕЧЕНИЕ 4 ЛЕТ ЭТОТ ТЕЛЕСКОП НЕПРЕРЫВНО НАБЛЮДАЛ ЗВЕЗДЫ НА ОДНОМ НЕБОЛЬШОМ УЧАСТКЕ МЛЕЧНОГО ПУТИ. Он искал планеты, проходящие по дискам своих солнц и, таким образом, ослабляющие их яркость. Изменение яркости звезды в зависимости от времени - кривая блеска звезды. Если у звезды нет планет, кривая будет напоминать плоскую линию. При наличии планет кривая включит в себя U-образные провалы, которые будут регулярно повторяться каждый раз с прохождением планеты по диску звезды при своем орбитальном движении.

Продолжительность, время и глубина минимума кривой блеска характеризуют параметры планеты, например, ее размер и температуру поверхности. Из более чем 150 тыс. звезд, которые наблюдал "Кеплер", только одна, получившая рабочее наименование KIC 8462852 в каталоге "Кеплера", показала кривую блеска, не совпадающую с указанной моделью. Члены общества "Охотники за планетами" (астрономы-любители, занимающиеся поиском экзопланет) первыми обнаружили этот факт, когда рылись в данных "Кеплера" в поисках планет, не замеченных автоматизированной профессиональной системой.

В кривой блеска звезды KIC 8462852 оказались провалы, на первый взгляд случайные, отдельные из которых длились несколько часов, а другие - несколько дней или недель. Иногда свет звезды затемняется примерно на 1% (что соответствует эффекту, производимому очень крупной планетой, проходящей по диску своей звезды), а иногда до 20%. Никакая планетная система не может производить такие экстремальные изменения кривой блеска звезды.

Недоумевающие астрономы-любители проинформировали Бояджян, которая была членом группы, наблюдающей за проектом "Охотники за планетами". В 2016 г. эта звезда и ее загадки были представлены широкой публике в журнальной статье "Где же свет?" Бояджян называет звезду KIC 8462852 звездой WTF - аббревиатура полуцензурного выражения, примерно переводящегося как "что за черт?

Странная со всех сторон

Звезда Бояджян таит еще много сюрпризов. После выхода статьи астроном Брэдли Шефер из Луизианского университета на основе архивных данных определил, что за последнее столетие яркость звезды Бояджян понизилась более чем на 15%.

УТВЕРЖДЕНИЕ ШЕФЕРА БЫЛО СПОРНЫМ, ПОТОМУ ЧТО ПОДОБНЫЕ ЗАТЕМНЕНИЯ, длящиеся десятилетиями, не представляются возможными, поскольку звезды обладают практически постоянной яркостью в течение миллиардов лет после своего рождения и претерпевают быстрые изменения только незадолго до гибели. Быстрые изменения происходят на временных шкалах порядка миллионов лет и сопровождаются ярко выраженными особенностями - как раз таких особенностей и не хватает звезде Табби.

По данным всех других измерений, это ничем не примечательная пожилая звезда. Нет никаких указаний, что это переменная звезда, пульсирующая с определенной частотой. Нет и следов аккрецирующего вещества звезды-компаньона, а также аномальных магнитных полей, нет указаний на то, что звезда может быть молодой и проходить этапы формирования. Другими словами, отсутствуют свидетельства процессов, в результате которых звезда может изменять яркость. В действительности, кроме аномального поведения яркости, эта звезда рядовая.

          Еще раз утверждения Шефера стало актуальным, когда астрономы Бенджамин Монтет и Джошуа Саймон сверили его выводы с менее известными сырыми калибровочными данными обсерватории "Кеплер". Обнаружилось, что в 3% наблюдательных данных "Кеплера" звезда Бояджян вообще исчезла - эффект не менее поразительный, чем кратковременные провалы кривой блеска. Так что для звезды Табби стало необходимым объяснить два явления: ее медленное затухание на протяжении по крайней мере четырех лет (и, возможно, на протяжении последнего столетия), а также глубокие нерегулярные провалы кривой блеска, длящиеся несколько дней или недель. Астрономы предпочли бы найти единое объяснение этих двух феноменов, но даже каждый из них по отдельности трудно объяснить.

Дальше мы рассмотрим некоторые из наиболее часто предлагаемых сценариев для объяснения странного поведения звезды Бояджян. Мы обсудим каждый из них, оценим, насколько хорошо тот или иной сценарий объясняет наблюдательные данные, и предложим наши субъективные оценки вероятности каждого из сценариев.

Газово-пылевой диск

Нерегулярные провалы и долговременные затемнения звезды Бояджян были замечены и у других звезд: вблизи очень молодых звезд с формирующимися планетами.

ТАКИЕ ЗВЕЗДЫ ОПОЯСАНЫ ОКОЛОЗВЕЗДНЫМИ ДИСКАМИ, КОТОРЫЕ СОСТОЯТ ИЗ НАГРЕТОГО ГАЗА И ПЫЛИ. В таких дисках образуются планеты, в результате диски разрываются, искажаются, становятся неоднородными. В дисках, видимых на краях, указанные процессы могут кратковременно затенять саму звезду, а колебающиеся околозвездные диски могут перекрывать все большее количество излучаемого звездой света в течение десятилетий и столетий.

Звезда Бояджян среднего возраста, не молодая и, по-видимому, лишена диска, который, как любое нагретое тело, должен давать дополнительное инфракрасное излучение, а наша звезда такого избытка не демонстрирует. Возможно, что пыль и газ наличествуют в очень тонком кольце, которое широко раскинулось вокруг звезды таким образом, что блокирует излучение звезды вдоль луча зрения, но само не дает инфракрасного излучения.

Но подобные кольца никогда не наблюдались вокруг немолодых звезд, таких как звезда Бояджян. Поскольку описанный сценарий может объяснить феномен звезды Табби только с привлечением ранее не наблюдаемых явлений, он представляется маловероятным.

Рой комет

Интересная гипотеза затухания звезды Бояджян - прохождения гигантских комет.

КОМЕТЫ ПРОВОДЯТ БОЛЬШУЮ ЧАСТЬ ВРЕМЕНИ ВДАЛИ ОТ ЗВЕЗДЫ и движутся по орбитам с большими эксцентриситетами, что и может вызывать неравномерность затемнения диска. Но как тогда объяснить недостаток нагрева?

Кометы, конечно, нагреваются при подлете к звезде и быстро теряют энергию, удаляясь от нее. Следовательно, любой избыток инфракрасного излучения можно было бы обнаружить только во время затемнения диска звезды. Избыток инфракрасного излучения пока не наблюдается. Однако отсутствие инфракрасного излучения имело бы физическое объяснение, если бы кометы, вызывавшие спады кривой блеска звезды несколько лет назад, сейчас находились очень далеко от нее, были холодными и поэтому не давали теплового излучения.

Даже если это так, то любой рой комет, вызывающий затемнение диска звезды, должен был быть очень большим. А он неизбежно порождал бы избыток инфракрасного излучения, который, как мы уже отмечали, у звезды Бояджян отсутствует. Поэтому объяснение долгосрочных затемнений диска звезды кометным роем малоубедительно. А если кометы не вызывают долговременные затемнения, то они, по всей видимости, не ответственны и за провалы кривой блеска.

ТабетаОблако в межзвездном пространстве или в Солнечной системе

Межзвездное пространство заполнено газом и пылью, которые затрудняют прохождение света. Быть может, такое межзвездное облако или плотный слой этого вещества блокируют часть света на луче зрения обсерватории "Кеплер"и свет проходит через разные части такого облака при движении обсерватории по орбите.

ТАКОЕ ОБЛАКО МОЖЕТ ОБЛАДАТЬ БОЛЬШИМ ПЕРЕПАДОМ ПЛОТНОСТИ, что и порождает затемнение звезды Бояджян в течение продолжительного времени, а небольшие сгустки межзвездного вещества могут служить причиной очень кратковременных провалов кривой блеска звезды. Такая гипотеза находит некоторую поддержку в работе Валерия Макарова из Военно-морской обсерватории США и его коллеги Алексея Голдина. Эти ученые утверждают, что некоторые из небольших провалов яркости, приписываемые звезде Бояджян, на самом деле представляют собой глубокие провалы в яркости более слабых соседних звезд, находящихся в поле зрения обсерватории "Кеплер", и, возможно, вызваны роями крошечных плотных облаков или комет в межзвездном пространстве.

           Мы субъективно оценили такую возможность как достаточно правдоподобную. Связанная с ней гипотеза предполагает, что затемняющее диск облако может быть на окраине нашей Солнечной системы. В последнем случае орбита "Кеплера" будет оказываться на линии этого облака регулярно, однако в кривой блеска звезды Бояджян не видно никаких регулярно повторяемых провалов. Кроме того, в настоящее время нет оснований полагать, что такое облако вообще существует. Тем не менее его можно было бы представить как состоящее изо льда и пара, возникающее из гейзеров на теле, подобном Плутону, более удаленном от Солнца.

Пока планетологи оценивают вероятность существования такого облака, мы признаем всю гипотезу в целом теоретически возможной, но маловероятной.

Внутренние изменения звезды

Звезды меняют яркость, когда начинают исчерпывать запас топлива в ядре. Однако это происходит на временных шкалах порядка миллионов лет, а не веков или дней, и на финальной стадии жизни звезды, а не в середине. Рядовые явления в жизни звезд, такие как появление пятен или вспышек, часто наблюдаются на нашем Солнце. Эти события меняют яркость звезды на коротких временных интервалах.

МЫ НЕ ДОЛЖНЫ ПРИВЛЕКАТЬ В МОДЕЛЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ВЕЩЕСТВО НА ОРБИТЕ, если нерегулярные провалы кривой блеска и длительные затемнения диска могли быть объяснены колебаниями яркости, порожденными процессами в самой звезде Бояджян. Недавно Мохаммед Шейх и его коллеги из Иллинойсского университета в Эрбане и Шампейне проанализировали статистическими методами время, глубину и продолжительность кратковременных провалов кривой блеска. Они обнаружили, что эти параметры, рассматриваемые как случайные величины, обладают степенным законом распределения.

Подобное распределение характерно для процессов непрерывных фазовых переходов (таких как, например, перестройка магнитов в присутствии внешних магнитных полей). Ученые предположили, что такое распределение указывает на то, что провалы кривой блеска звезды Бояджян вызваны внутренними процессами, граничным положением между какими-то фазовыми переходами, например, глобальной переориентацией магнитного поля.

Однако звезда Табби никогда не проявляла такой активности. Звезда представляется слишком горячим объектом, чтобы обладать "динамо-машиной", способной порождать магнитные эффекты, подобные происходящим в более холодных звездах, таких как наше Солнце. Проблематично и то, что звездные магнитные поля не способны порождать длительные затемнения диска, которые наблюдаются в звезде Бояджян.

Астроном Колумбийского университета Байан Мецгер и его коллеги из того же университета и Калифорнийского университета в Беркли дали детальное описание процесса захвата планеты или коричневого карлика звездой Боянджян. Такое столкновение могло бы привести к временному повышению яркости звезды, а долговременные затемнения диска означали бы возвращение звезды к ее нормальной яркости. Однако этот сценарий не может объяснить нерегулярные провалы кривой блеска или детальный профиль затемнения, который наблюдался Монте и Саймоном в калибровочных данных обсерватории "Кеплер". Будущие исследования могут разрешить эти проблемы.

Принимая во внимание сказанное, мы решили, что слияние звезды с планетой или коричневым карликом довольно правдоподобно, а остальные возможности, вызывающие внутренние колебания яркости, очень маловероятны.

Звезда БояджянЧерные дыры

Некоторые представители общественности предполагают, что к происходящему может быть причастна черная дыра. Согласно общей идее, черная дыра звездной массы может находиться на близкой орбите вокруг звезды Бояджян и может блокировать излучение этой звезды.

ОДНАКО ЭТА ГИПОТЕЗА ПРОВАЛИВАЕТСЯ ПО ТРЕМ ПУНКТАМ. Во-первых, такая черная дыра должна перетягивать звезду туда-сюда, создавая хорошо заметные колебания, которые искали и не нашли исследователи звезды Бояджян. Во-вторых, размер черной дыры звездной массы намного меньше, чем размер обычной звезды, так что она может блокировать только очень незначительное количество света звезды. Более того, мощное гравитационное поле черной дыры будет усиливать, а не блокировать большую часть фонового (то есть идущего от звезды) излучения, как бы парадоксально это ни звучало. В-третьих, когда черная дыра поглощает газ и пыль, она нагревает аккрецирующее на нее вещество так сильно, что ярко светится на всех длинах волн. Если бы черная дыра действительно находилась между ними и звездой Бояджян, то мы ожидали бы усиления яркости звезды, а не ее затухания, а такого не наблюдается.

Итак, черной дыры там нет? Так, да не совсем. Возможно решение, когда черная дыра все-таки есть, но находится очень далеко от звезды, перемещаясь тем не менее между нами и звездой. Представьте себе, что такая черная дыра обладает широким холодным диском вещества. Этот диск похож на кольца Сатурна, но больше всей Солнечной системы. И пусть он состоит из почти прозрачной внешней области и плотной внутренней. Такой диск может вызывать долговременные затмения звезды Бояджян, если его практически невидимая внешняя область и следующая за ним плотная область все последнее столетие пересекали линию нашего луча зрения.

Нерегулярные провалы кривой блеска звезды Табби могут быть вызваны тенями от колец, щелей между ними и других структурных особенностей этого диска. Такая черная дыра (и ее гипотетический диск) избежала бы всех попыток получить изображения высокого разрешения, потому что сама ничего бы не излучала.

Поскольку нам не хватает наблюдательных свидетельств того, что черные дыры вообще могут обладать холодными разнородными дисками, такой сценарий представляется несколько надуманным. Однако теоретики предсказывают, что такие диски действительно могут существовать как побочные эффекты взрыва сверхновых. Сверхновые могут порождать черные дыры звездных масс. Кроме того, статистические оценки показывают, что такая черная дыра могла бы проходить перед хотя бы одной на 150 тыс. звезд, наблюдавшихся "Кеплером" за четыре года его работы. Мы оцениваем такую концепцию как правдоподобную.

Звезда БояджянМегаустановки инопланетян

Изучив множество вариантов естественного объяснения странного поведения звезды Бояджян и обнаружив их недостаточную полноту, теперь можно рассмотреть и более экзотическую возможность - инопланетную мегаструктуру искусственного происхождения, подобную той, что описал Дайсон более полувека назад.

ПРЕДСТАВЬТЕ СЕБЕ, ЧТО ИНОПЛАНЕТНАЯ ЦИВИЛИЗАЦИЯ СООРУДИЛА в космическом пространстве множество собирающих энергию панелей разных форм, которые вращаются вокруг звезды по разным орбитам, формируя своего рода рой. Совокупный эффект от меньших панелей из такого набора заключался бы в блокировке части света звезды, как делал бы полупрозрачный экран. Более плотная часть роя находится в поле нашего зрения, и мы можем наблюдать колебания яркости во временных масштабах от часов до столетий.

Как было впервые отмечено более десяти лет назад астрономом Люком Арнольдом, достаточно большие панели или группы панелей, парящие в рое (возможно, даже превышающем размеры самой звезды), могли бы вызывать глубокие дискретные провалы кривой блеска звезды. Форма и глубина этих провалов определялись бы геометрией составляющих роя при его прохождении по диску звезды. Так же как и в случае гипотезы околозвездного диска, в гипотезе искусственного роя тоже возникает проблема инфракрасного излучения.

Любые структуры, пусть даже инопланетные и искусственные, должны подчиняться законам физики, так что любая принятая роем энергия должна в конце концов переизлучаться в виде тепла. Это требование не зависит от уровня технологии инопланетян. Энергия не может быть уничтожена, так что если ее было собрано много, то нужно от нее как-то и избавляться в долгосрочной перспективе.

Есть еще способы, чтобы сделать эту гипотезу более рабочей. Так, мегаструктуры роя могут излучать накопленную энергию в виде радио- и лазерных сигналов вместо тепла. Отправка таких сигналов, возможно, и не охватит весь сферический рой, но вполне может охватить кольцо, лежащее на луче нашего зрения. Такое искусственное кольцо может не излучать тепла и использоваться для каких-то технологий за пределами нашего понимания физики.

Из-за большого количества неизвестных факторов проверить такую теорию очень трудно. Гипотезу инопланетной космической мегаструктуры придется рассматривать всерьез, если исключить все другие, более простые и естественные предположения. Кроме того, эта идея нашла бы поддержку, если бы были обнаружены радиосигналы искусственного происхождения, передаваемые из окрестностей звезды Бояджян. Поиски таких сигналов уже начаты авторами этой статьи, а также самой Бояджян на телескопе Green Bank в Западной Виргинии.

В настоящий момент наш вердикт о самом необычном объяснении феномена звезды Бояджян таков: достоверность этой гипотезы неясна. Нет достаточного количества данных, чтобы получить даже качественную оценку вероятности существования инопланетной цивилизации и активных действий с ее стороны.

Звезда Бояджян

Что же нам дадут попытки понять природу звезды Бояджян? Мы можем исключить все объяснения, которые требуют избытка инфракрасного излучения, потому что такое излучение не наблюдается. Можно также отклонить сценарии, которые требуют осуществления многих маловероятных событий или привлекают неизвестные физические законы и процессы или объекты, которые никто никогда не наблюдал. Все это исключается по крайней мере до тех пор, пока не будут исчерпаны все другие варианты.

ЛУЧШИЙ СПОСОБ ДВИГАТЬСЯ ВПЕРЕД - СОБИРАТЬ БОЛЬШЕ ФАКТОВ. Бояджян, которая теперь работает в Университете штата Луизиана, использовала волну всеобщего увлечения названной ее именем звездой для того, чтобы получить время для наблюдений на Всемирной сети телескопов обсерватории Лас-Комбрес. Мы следим за этой звездой несколько раз в день, и если снова происходит уменьшение яркости, то у нас наготове несколько телескопов для измерения спектров, которые позволят судить о составе закрывающего свет вещества.

Другие астрономы ищут дополнительные архивные измерения яркости этой звезды для лучшего излучения ее долговременных затемнений. Зная временные шкалы затемнений диска звезды, можно будет ограничить теории о форме кривой блеска звезды и искать другие наблюдательные подсказки. Мы также ожидаем улучшения измерения расстояния до звезды Бояджян, опираясь на данные космической миссии Европейского космического агентства Caia.

Эти данные позволят устранить ряд гипотез. Если звезда находится ближе, чем на расстоянии 1,3 тыс. световых лет, то количество межзвездных газа и пыли становится недостаточным для объяснения наблюдаемого уровня потемнения диска звезды. Если же расстояние составляет около 1,5 тыс. световых лет (в настоящий момент это лучшая из имеющихся оценок), то долговременные затемнения могут быть вызваны случайными изменениями в плотности пыли, лежащей на луче зрения. Однако если звезда расположена гораздо дальше, то она должна быть намного ярче, чем считалось до сих пор. В этом случае затемнение может быть просто возвращением к ее нормальному состоянию после процесса слияния, как считают Мецгер и его коллеги.

Пока не получено новых наблюдательных фактов с телескопов Green Bank и Лас-Кумбресс, а также миссии Caia, наши предположения о природе звезды Бояджян ограничены только нашим воображением и отрезвляющей дозой физических законов. Подобно решению головоломок, которые предлагает нам природа, путь к истинному пониманию феномена этой звезды еще далек от завершения.

Кимберли КАРТЬЕ, Джейсон РАЙТ, "В мире науки"

Опубликовано в Лаборатория
Прочитано 308 раз
Оцените материал
(1 Голосовать)

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх