Er den tilfældige transiter blødere end Tabby's Star?

Kunstnerens koncept, der viser 5 af de 7 jordstørrede eksoplaneter, der kredser om stjernen TRAPPIST-1. Disse planeter blev opdaget via transitter, det vil sige da de passerede foran deres stjerne set fra Jorden. Tilsvarende afslørede Kepler-rumfartøjsdata 28 transitter i det binære stjernesystem HD 139139, også kendt som den tilfældige transiter. Men - mens TRAPPIST-1-planeterne har periodiske, stabile kredsløb - er objekterne i HD 139139-systemet baner meget, godt ... tilfældigt. Billede via NASA / JPL-Caltech / Newsweek.

Kan du huske Tabbys stjerne observeret af Kepler-rumteleskopet? Den stjerne med de underlige dypper i lysstyrke, som stadig ikke er blevet forklaret fuldt ud endnu? Teorierne har varieret fra grupper af kometer til opløsende planeter til endda fremmede megastrukturer, og det er blevet konstateret, at støv på en eller anden måde er involveret. Men nu er der en ny opdagelse - først beskrevet offentligt af planetjagt-astronomen Hugh Osborn den 29. juni 2019 - som måske er endnu mere forbløffende end Tabby's Star. Det kaldes Random Transiter. I en nøddeskal blev denne stjerne, også set af Kepler, fundet over en periode på 87 dage at gennemgå op til 28 transitter, det vil sige 28 genstande, der passerer foran stjernen, ligne planeter. Problemet er, at der ikke er tegn på regelmæssige, periodiske kredsløb for disse 28 objekter, som man kunne forvente for planeter. Derfor moniker Random Transiter. Så hvad sker der?

De usædvanlige fund blev først bemærket af borgerastronomer, der kiggede på Kepler-dataene i foråret 2018, og det første peer-reviewede papir blev netop offentliggjort den 28. juni 2019 på arXiv.

Astronom Hugh Osborn. Han var den første, der offentligt beskrev Random Transiter i sin blog Lost in Transits. Du kan også finde ham via @exohugh på Twitter.

Kepler lyskurve af HD 139139, der viser de underlige transit. Toppanel: den rå 87-dages lysskurve. Mellempanel: lysskarve efter filtrering af de langsomme modulationer på grund af stjernepladser og tendenser, der er resultatet af databehandling. Der er 28 transitlignende begivenheder. Nederste panel: et kortere 15-dages segment af lyskurven indeholdende fire af transitlignende begivenheder. Billede via Rappaport et al / arXiv.

Denne publikation blev fulgt i de dage siden af ​​en varm debat på Twitter og Reddit. Fra abstrakt:

Vi har identificeret en stjerne, EPIC 249706694 (HD 139139), der blev observeret under K2-kampagne 15 med den udvidede Kepler-mission, der ser ud til at udstille 28 transitlignende begivenheder i løbet af den 87-dages observation. Det usædvanlige aspekt af disse dips, som kun har to dybder på 200 80 ppm, er, at de ikke udviser nogen periodicitet, og deres ankomsttider kunne lige så godt være blevet produceret af en tilfældig talgenerator. Vi viser, at ikke mere end fire af begivenhederne kan være en del af en periodisk sekvens. Vi har udført en række datakvalitetstest for at konstatere, at disse dips er af astrofysisk oprindelse, og selvom vi ikke kan være helt sikre på, at dette er tilfældet, har de alle kendetegnene for astrofysisk variation på en af ​​to mulige værtsstjerner (en sandsynligvis bundet par) i den fotometriske blænde. Vi udforsker en række ideer til oprindelsen af ​​disse dips, herunder faktiske planettransit på grund af flere planter eller støvemitterende planeter, unormalt store TTV'er, S- og P-type transitter i binære systemer [se diagram nedenfor], en samling af støv- udsende asteroider, dipperstjerne aktivitet og kortvarige stjernepotter. Alle transportscenarier, som vi har været i stand til at trylle frem, ser ud til at mislykkes, mens den iboende stjernevariabilitetshypotese ville være ny og uprøvet.

Skematisk over et binært stjernesystem (grå cirkler), der indeholder 2 planeter: en på en P-type (planetær-type, cirkuminarisk) bane og en på en S-type (satellit-type) bane. Ikke i skala. Astronomer overvejede disse mulige kredsløb, når de forsøgte at forklare den tilfældige transiter. Billede via Philip D. Hall / Wikimedia Commons.

Ifølge Andrew Vanderburg, en astronom ved University of Texas i Austin:

Vi har aldrig set noget lignende i Kepler [rumfartøjsdata], og Kepler kiggede på 500.000 stjerner.

Stjernen, HD 139139, er en binær stjerne omkring 350 lysår fra Jorden, med en sollignende stjerne omkring 1, 5 milliarder år gammel, og den anden lidt mindre.

Kepler-planetjæger-rumfartøjet observerede denne stjerne i 87 dage under den sekundære K2-del af sin mission. Da dataene blev analyseret, blev 28 dip set i stjernens lysstyrke, ligesom du ville se, når planeter passerer ind fra en stjerne. Astronomer har meget vellykket brugt disse dips i stjernelys - set af Kepler og nu af TESS-rumfartøjet, Keplers efterfølger - til at finde nye planetkandidater.

Men disse 28 dips til HD 139139 virkede underlige. Ikke kun antallet af dem - det ville være en masse planeter eller færre planeter i ekstremt korte bane rundt om stjernene - men også at de ikke viste tegn på periodicitet, som man kunne forvente med planeter. Hver dukkert varede mellem ca. 45 minutter og 7, 5 timer, meget korte tider for kredsende planeter, medmindre de alle var tæt på stjernen. Men hvis hver planet kredsede så hurtigt som det blev udledt, burde Kepler have set flere regelmæssige transiter af dem i løbet af de 80 dage, men det gjorde det ikke. Dette viser, at banerne på en eller anden måde er mere tilfældige, ikke pæne og pæne med hver planet, der kredser i en bestemt mængde timer eller dage, som det typisk ses.

Alle, undtagen en af ​​transitterne var også omkring 200 ppm dybe. Dette svarer til 27 objekter, der alle er omtrent samme størrelse, ca. 50 procent større end Jorden. Det andet objekt ville være cirka dobbelt så stort. Fra det astronomer har set indtil nu med hensyn til eksoplaneter, ville det være meget usædvanligt at have 27 planeter, der alle er af samme størrelse i et enkelt planetarisk system. Plus disse planeter ser ikke ud til at gå i kredsløb, som normale planeter gør. Så hvis de ikke er planeter, hvad er de da?

I de senere år er Tabby's Star (kunstnerens koncept her) blevet betragtet som den underligste kendte stjerne i vores galakse. Men nu kan den tilfældige transiter muligvis tage den titel. Billede via NASA / JPL / Caltech / Vanderbilt University.

Det er mere end et år siden disse observationer nu, og astronomer har stadig ikke en let forklaring. Lige nu er der en overflod af teorier, der overvejes, men alle af dem har indtil videre problemer. Som beskrevet af astronom Hugh Osborn inkluderer disse:

- Flere planeter . Den første åbenlyse mulighed, men ville være meget usædvanlig, som allerede bemærket. Det ville stadig være tilfældet, selvom det var 14 planeter, der forårsagede to dip hver, uanset hvilken stjerne de kredsede i det binære system. TRAPPIST-1-systemet har syv kendte planeter i jordstørrelse, men alle kredser om stjernen på en normal måde med stabile, periodiske kredsløb.

- En desintegrerende planet . Tænkelig, men endda en desintegrerende planet skal vise periodicitet og forårsage en transit på det samme punkt i hver bane. HD139139's dips forekommer også med mindst fem timers mellemrum. En sådan bane er sandsynligvis ustabil og også uforenelig med dips, der varer længere end fem timer.

- Støvemitterende asteroider . Dette ligner den opløsende planetidee, men med flere mindre kroppe. Problemet er dog, at transiterne næsten alle har samme dybde. Klumper af asteroider bør producere støvskyer, der er meget mere varierende i størrelse. De skulle også alle være lige ved den rigtige bane for at producere støvskyer i planetstørrelse.

- Planeter i et binært system . Hvis stjernerne bevægede sig, ville ikke hver bane producere en transit. Det kunne fungere, men i dette tilfælde skulle det være et tredobbelt stjernesystem med en anden uset stjerne involveret. Orbitalperioderne for planeterne og den vigtigste binære skulle være ekstremt korte, og teamet kunne ikke finde et stabilt system, der matchede dataene. Desuden udelukkede de radiale hastighedsmålinger, at dette var et tredobbelt system.

Kunne transitterne være forårsaget af noget kunstigt, som flere Dyson-kugle-lignende genstande? Måske, men det er alt for tidligt at sige en eller anden måde, og naturlige forklaringer skulle først fjernes. Dette billede - kaldet Shield World Construction - er af Adam Burn. Mere om det her. Billede via FantasyWallpapers.

- En ung skibstjerne . Unge stjerner kan have tilfældige støvklumper, der kredser rundt om dem, en del af støvskiven, der stadig omgiver stjernen. Men dette ser heller ikke ud til at fungere. Dette stjernesystem er gammelt, og der skal stadig være periodicitet, når støvklumperne kredser om stjernen. Dips af HD 139139 er langt mere ordnet og "planetlignende" end forventet fra støvklumper.

- Kort levede stjernepladser . Kunne de transiterende objekter faktisk være pletter på selve stjernen? Eventuelt, men dette aspekt af stjerneadfærd er endnu ikke så godt forstået. I dette tilfælde er pletterne nødt til at dannes, blokere stjernelys i højst et par timer og derefter spredes.

- SETI . Nu er dette den idé, der naturligt får mest opmærksomhed af åbenlyse grunde. Kunne dette være kunstige planetstore genstande, der ligner Dyson-kugler eller andre megastrukturer? Der er endnu ikke kendt nok om dette stjernesystem til hverken at udelukke det eller ej. Selvom det er usandsynligt (afhængigt af hvem du taler med) er muligheden naturligvis spændende, men meget mere bevis skal først findes, før man siger, at det er en førende konkurrent. At finde 14-28 store objekter, alle i samme størrelse bortset fra en, er bestemt underlige, men alle tænkelige naturlige forklaringer skal først fjernes. Occams barbermaskine siger, at det er mere sandsynligt, at der findes en naturlig forklaring, men på dette tidspunkt forbliver mulighederne vidt åbne.

Andre forslag i online-fora har inkluderet planeter med enorme ringsystemer, der ligner J1047b, eller “støvskred”, hvor en støvring tæt på stjernen bliver fodret med støv, der spiraler ind fra andre steder. En anden idé var, at der var planeter, der kredsede om flere stjerner, men de andre stjerner var tilfældigvis skjult for synet af HD 139139, ved en tilfældighed. Jeg spurgte Osborn om denne mulighed på Twitter, og han svarede:

Muligt, sikker. Men denne stjerners radius, når den ses fra Jorden, er 0.000000014 grader, så sandsynligheden for at have en helt uafhængig stjerne (med planeter) krydser nøjagtigt den stjerneskive er * ekstremt * lille. Men det er et underligt system, så Occam's barbermaskine kæmper allerede!

- Hugh Osborn (@exohugh) 1. juli 2019

Astronom Ben Montet har teoretiseret, at i det mindste nogle af transitterne kan være forårsaget af en cirkinal planet - der kredser om begge stjerner - men som alt andet er det bare en hypotese på dette tidspunkt.

Så lige nu er der en masse spørgsmål, men få svar, meget hvordan Tabby's Star-saga begyndte. Tabetha Boyajian selv, astronomen, som stjernen blev kaldet til efter, vejede ind i tilfældet med den tilfældige transiter, og om udlændinge skulle overvejes på dette tidspunkt:

Jeg tror, ​​vi skal overveje alle muligheder, før vi går dertil. Dette er et af de systemer, hvor det sandsynligvis ikke vil blive fundet ud uden flere data.

Nederste linje: Tilfældig transiter er bestemt en meget underlig stjerne med transit, der ligner dem, der er lavet af planeter, men objekterne ser ikke ud til at opføre sig som normale kredsende planeter.

Kilde: The Random Transiter EPIC 249706694 / HD 139139

Via Hugh Osborn's Lost in Transits- blogindlæg og Scientific American