Звезда Табби: почему свет далёкой звезды пропадал на пятую часть

У звезды с каталожным номером KIC 8462852 было довольно обычное досье: она горячее Солнца, несколько крупнее его и находится в созвездии Лебедя. Необычным оказался график её яркости. Линия проваливалась вниз так глубоко и неровно, что привычный поиск планет превратился в отдельное расследование.

В самые сильные эпизоды до телескопа доходило примерно на пятую часть меньше света. Затем яркость восстанавливалась. Провалы имели разную форму и не складывались в простой повторяющийся рисунок. Звезду стали называть именем астронома Табеты Бояджян, возглавившей исследование, — звездой Бояджян, или Табби.

Обсуждение быстро вышло за пределы астрономии. Среди объяснений появились сооружения инопланетной цивилизации. Но наиболее полезная подсказка пришла из сравнения цветов: во время новых наблюдений разные участки спектра тускнели неодинаково. Это многое рассказало о заслоне перед звездой, хотя происхождение самого заслона осталось сложной задачей.

Провалы, которые заметили добровольцы

Космический телескоп «Кеплер» искал планеты по небольшим падениям звёздного блеска. Когда планета проходит между своей звездой и наблюдателем, она закрывает часть светящегося диска. На графике появляется впадина. Последовательность похожих впадин позволяет искать период обращения и проверять, действительно ли обнаружена планета.

Масштаб эффекта обычно скромный. Юпитер, проходящий перед звездой размером с Солнце, убрал бы около процента её света. Планета земного размера — намного меньше. В случае Табби глубина отдельных провалов доходила примерно до 22 процентов. Для обычного одиночного планетного транзита возле такой звезды это слишком много.

Особенность нашли участники Planet Hunters. В этом проекте добровольцы просматривали кривые блеска, дополняя автоматический анализ. Странная последовательность заслуживала внимания именно потому, что плохо походила на аккуратный периодический сигнал.

В первой работе группы Бояджян, опубликованной сначала как препринт в 2015 году, проверили и скучное, но необходимое объяснение — ошибку прибора или обработки. Исследователи пришли к выводу, что провалы имеют астрофизическое происхождение. При этом спектр указывал на обычную звезду главной последовательности. Следов очень близкого взаимодействующего звёздного спутника или яркого тёплого пылевого диска не находили.

Когда звезда снова начала тускнеть

Первый набор «Кеплера» был особенно неудобен для дальнейшего расследования: необычные события уже произошли. Астрономам требовалось застать следующий провал и одновременно включить инструменты с разными возможностями. По одной записи яркости трудно понять, заслонил ли звезду непрозрачный объект, облако частиц или изменилась сама звёздная поверхность.

Для наблюдений организовали кампанию, в которую вошла сеть Las Cumbres Observatory. По данным самой обсерватории, более 1700 человек пожертвовали свыше 100 тысяч долларов на телескопическое время. Получилась редкая история, в которой любители сначала помогли заметить странный объект, а потом оплатили часть наблюдений за ним.

В мае 2017 года ожидание закончилось. Началась серия новых падений яркости, продолжавшаяся с перерывами до конца наблюдательного сезона. В работе о первых провалах после «Кеплера» выделены четыре основных эпизода: Elsie, Celeste, Skara Brae и Angkor. Их глубина составляла примерно 1–2,5 процента, продолжительность — от нескольких дней до недель.

Эти события были слабее знаменитых глубоких провалов, зато их удалось изучить сразу в нескольких цветовых полосах. Исследователи получили именно то, чего недоставало старой кривой: возможность сравнить поведение разных частей звёздного света в ходе одного события.

Почему цвет указал на пыль

Непрозрачное крупное тело в простом случае закрывает свет всех цветов примерно одинаково. Если перед звездой проходит тёмный диск, он убирает часть её изображения. Мелкие частицы действуют сложнее: их способность поглощать и рассеивать свет зависит от длины волны, размера и состава частиц.

Во время событий 2017 года звезда сильнее тускнела в одних полосах, чем в других. Такому поведению соответствует заслон с существенной долей мелкой пыли, сквозь который часть света проходит. Простая версия о большой непрозрачной конструкции не воспроизводит эту разницу.

Отдельная группа под руководством Хуаня Мэна изучала более медленное потускнение в 2015–2016 годах. Здесь работали космические «Спитцер» и Swift, а также бельгийская обсерватория AstroLAB IRIS. В инфракрасном диапазоне уменьшение блеска оказалось слабее, чем в ультрафиолетовом. Это тоже поддерживало объяснение с частицами.

В сообщении JPL об этих измерениях разбирается важная деталь: пыль возле звезды не обязательно ведёт себя как межзвёздная пыль на всём пути к Земле. Давление излучения особенно эффективно выталкивает мелкие частицы. Чтобы облако долго существовало, имеют значение их размеры, орбиты и пополнение запаса.

Однако два набора наблюдений не делают короткие и долгие потускнения заведомо одним явлением. У них могут быть общие причины, разные области одного облака или разные процессы. В статье о провалах 2017 года авторы специально оговаривали, что их данные сами по себе не определяют цвет медленного изменения яркости.

Откуда может браться столько вещества

Слово «пыль» отвечает только на часть вопроса. Нужно ещё разместить её так, чтобы она иногда закрывала значительную часть звезды, давала нужную длительность провалов и не создавала слишком сильного теплового излучения.

Частицы нагреваются звёздным светом и переизлучают энергию. Поэтому огромный запас тёплой пыли обычно должен выдавать себя в инфракрасном диапазоне. У Табби такого очевидного избытка не обнаружили в использованных наблюдениях. Это ограничивает количество, температуру и расположение вещества, но не запрещает любое облако при любой геометрии.

Марк Уайатт и соавторы рассматривали распределение обломков и пыли вдоль вытянутой орбиты. В такой картине плотные участки могут проходить перед диском звезды и создавать короткие провалы, а более разреженное вещество — ослаблять свет дольше. Одним из возможных источников служат разрушающиеся кометные тела.

В этих расчётах важна точка зрения наблюдателя. Облако может закрывать заметную долю крошечного звёздного диска на нашем небе, перехватывая при этом лишь небольшую часть всего излучения звезды во всех направлениях. Поэтому глубокое потускнение вдоль одного луча зрения не требует полностью окружать светило плотной оболочкой.

Модели позволяют связывать видимый провал с ожидаемым инфракрасным сигналом. Но отдельный рой комет возле Табби пока не снят так, чтобы можно было пересчитать его участников. «Кометное объяснение» описывает возможный источник частиц и их движение; оно не является сообщением о сфотографированных кометах.

Звезда тускнела и снова становилась ярче

Помимо резких провалов существует более медленное изменение блеска. На протяжении месяцев и лет средний уровень тоже сдвигался. Из-за этого разговор о звезде иногда превращался в историю о светиле, которое якобы постепенно гаснет.

Длинные ряды наблюдений показали менее прямолинейную картину. Джошуа Саймон и соавторы использовали около 800 дней данных ASAS-SN и примерно 4000 дней обзора ASAS. В период, рассматривавшийся в работе 2017 года, они действительно обнаружили снижение яркости. Но более длинная запись включала и два эпизода её увеличения.

В исследовании длительной переменности подчёркивается, что история не сводится к постоянному движению вниз. Это существенно для моделей: однонаправленное наращивание непрозрачного заслона должно объяснить, почему свет затем возвращался.

Работать с такими малыми изменениями труднее, чем с глубоким провалом. Приходится сопоставлять сезоны, инструменты и звёзды сравнения. Саймон и коллеги проверяли поведение примерно тысячи других звёзд сходной яркости в том же поле. Без подобного контроля плавный сдвиг настройки прибора легко принять за медленное изменение далёкого светила.

У Табби оказался далёкий звёздный сосед

Ещё на ранних снимках высокого разрешения возле яркой звезды видели слабую точку. Близость на небесной карте сама по себе ничего не решает: объекты могут случайно проецироваться рядом, находясь на разных расстояниях.

В 2021 году Логан Пирс и коллеги опубликовали результат пятилетней серии наблюдений с телескопом Keck. Две звезды перемещались по небу согласованно. Авторы заключили, что это широкая двойная система. Расстояние между компонентами в проекции на плоскость неба оценили примерно в 880 астрономических единиц, то есть в сотни раз больше дистанции от Земли до Солнца.

В работе о звёздном спутнике его возможное влияние предложено учитывать при расчёте системы. За большие промежутки времени гравитация соседа способна менять движение малых тел. Так можно получить дополнительный механизм, который направляет кометы или обломки во внутренние области.

При этом орбита самой двойной системы ещё не была надёжно определена по имеющемуся короткому отрезку наблюдений. Авторы не сообщили, что нашли непосредственного виновника каждого провала. Их результат добавил реальный объект, который следует включать в динамическую картину, и новую возможность для проверки.

Что остаётся выяснить

Даже спектры, полученные во время потускнения, пока не складываются в один простой ответ. В исследовании 2019 года использовали высокое спектральное разрешение, чтобы сравнить состояние звезды и следы вещества на луче зрения в разные моменты. Явных свидетельств кометного газа, объясняющих провалы, группа не нашла.

В одном из эпизодов исследователи заметили слабый сдвиг измеренной лучевой скорости и обсуждали его связь с затмением части вращающегося звёздного диска. Но значимость эффекта составляла всего 1–2 сигма. Такой результат годится для постановки следующей задачи, а уверенного обнаружения конкретного тела из него не получается. Публикация спектроскопических наблюдений хорошо показывает, сколько разных признаков нужно сопоставить в этой системе.

Наиболее содержательный следующий шаг — поймать сильное потускнение с одновременными измерениями цвета, спектра и инфракрасного излучения. Тогда можно проверить, появляется ли дополнительное тепло, какой свет теряется сильнее и меняются ли линии газа. Долгое наблюдение также покажет, повторяются ли отдельные сочетания провалов.

У звезды Табби уже есть важная разгаданная часть истории: наблюдавшееся ослабление света зависит от цвета, и мелкие частицы объясняют это гораздо естественнее простой непрозрачной преграды. Остаётся восстановить устройство всей системы — от источника частиц до их орбит и времени жизни. Именно там теперь находится основной вопрос: каким образом возле довольно обычной звезды складывается настолько необычная последовательность теней.