Vreemde helderheidsvariatie in Kepler waarnemingen

[zenn]

Ik las vorige week op een nieuwswebsite (hln.be) dat er een raar lichtpatroon waargenomen was bij een ster dat wel eens van aliens zou zijn.
Het patroon doet denken aan  bewegende objecten zoals bv. satellieten bij ons.
Heeft er nog iemand dit bericht gelezen en kan dit echt zijn.

[jkien]

Kun je een link geven naar dat nieuwsbericht? Dat is beter voor de lezers van wetenschapsforum.

[Michel Uphoff]

dat er een raar lichtpatroon waargenomen was bij een ster

 

Dat klopt.

 

dat wel eens van aliens zou zijn

 

En dat blaten de sensatiemedia. Het zit zo:

 

De Kepler ruimtetelescoop heeft jaren achtereen in een gebied aan de hemel de mogelijke bedekking door planeten van 145.000 sterren gemeten. Als een planeet precies voor een ster langsgaat, wordt de ster tijdelijk wat minder helder. Dat gaat meestal gepaard met een mooi komvormig dipje in de helderheidsgrafiek. Op dat soort dipjes is software ingeregeld die in de enorme hoeveelheid Kepler data zoekt naar helderheidsvariaties die bedekkingen en dus mogelijke exoplaneten zouden kunnen vertegenwoordigen. Op deze manier heeft Kepler meer dan 1000 exoplaneten gevonden.

 

Die software is niet perfect. Daarom heeft men de planet hunters van de Zooniverse gemeenschap gevraagd om mee te helpen. Die gemeenschap is een grote groep vrijwilligers (waaronder ik) die de onder andere de Kepler grafieken doorlopen op mogelijk door de software gemiste sterbedekkingen. Het menselijk brein is namelijk erg goed in patroonherkenning. De groep heeft een redelijk aantal planeten ontdekt die de software overgeslagen heeft.

 

Tussen de door de planet hunters ontdekte afwijkingen zat een wel heel verrassende curve van de helderheid van een ster in het sterrenbeeld 'de Zwaan' (Cygnus) met onder meer vreemde pieken rond dag 800 en 1550 van de Keplerwaarnemingen.

 

Image1 1961 keer bekeken

Image1 1961 keer bekeken

Image1 1954 keer bekeken

Bron: Zie bijlage.

 

NGC_6866_map-500x428 1954 keer bekeken

De betreffende ster KIC 846.2852 in de Zwaan.

Een F3 V ster (wat heter en ongeveer 1,5 keer groter dan de Zon) toont deze vreemde curve, die totaal niet op een mooie dip lijkt, en veroorzaakt moet zijn door iets dat een erg onregelmatige vorm moet hebben. Normaal wordt er dan direct gedacht aan stofwolken die het sterrenlicht onregelmatig blokkeren, maar die optie is niet waarschijnlijk. Allereerst is die ster niet zo jong dat er nog steeds zulke niet tot planeten manen en kometen samengetrokken stofwolken omheen kunnen draaien, maar belangrijker is het volgende: Zulke protoplanetaire wolken worden verhit door de ster en stralen dan in het infrarood. Er is geen extra infrarood straling gevonden buiten die die normaal van een F3 ster afkomt.

 

Nog verrassender is de maximale diepte van de dips. Als een planeet als de Aarde voor de Zon langs trekt, wordt de Zon tijdelijk pakweg 0,01% minder helder, en zelfs een joekel van een planeet als Jupiter zou de lichtsterkte maximaal met ruwweg 1% verminderen. De dips in de meting hebben een diepte van maar liefst 20% en dat bij een ster met een oppervlak dat twee keer zo groot is als onze Zon. Er kan geen planeet met een diameter van pakweg een halve Zon bestaan (los van de mooie kom in de grafiek die zo'n reus zou veroorzaken).

 

Andere opties als een variabiliteit van de lichtsterkte van de ster (deze F3V ster is niet variabel), reusachtige sterrenvlekken (de ster roteert in iets minder dan een dag om zijn as), meetfouten, storing, ruis en dergelijke (niet gevonden) zijn onderzocht en er is geen reden om aan te nemen dat de oorzaak hierin zou kunnen liggen.

 

Dan blijft natuurlijk wel de vraag over: Wat kan een dergelijke vreemde en zo extreem sterke curve verklaren? De onderzoekers stellen dat de naar hun mening meest plausibele verklaring een enorme hoeveelheid kometen of ruimtepuin is die om de een of andere reden (door een sterpassage bijvoorbeeld) uit de kometenwolk rond de ster zijn getrokken en nu als een gigantische groep af en toe de ster onregelmatig verduisteren.

 

Zelf zijn de onderzoekers daar niet erg tevreden over, want zo'n groep kometen valt of heel snel uiteen, of trekt zich door onderlinge zwaartekracht tot een ijsdwerg samen. En het is ook wel erg veel toeval dat net als Kepler naar een ster kijkt, er zo'n uiterst zeldzame en kortstondige gebeurtenis optreedt. Bovendien moet het wel om echt ontzettend veel puin gaan. 

 

Helaas is de Kepler telescoop al een paar jaar niet meer volledig operationeel en kan dus geen verdere data leveren. De wetenschappers bevelen dan ook nader onderzoek aan, om uit te zoeken wat daar bij die ster aan de hand is.

 

Een extreem speculatieve optie is, dat een of andere zeer geavanceerde beschaving reusachtige structuren (bijvoorbeeld mega zonnepanelen) in een baan rond die ster heeft gezet.

Op die uitspraak, die overigens niet door de onderzoekers is gedaan, is Internet losgegaan. En dan volgt veel copy-paste en het onvermijdelijke sensatiesausje.

Wat er bedoeld werd door Jason Wright, die deze opmerking maakte: Als we het fenomeen dan toch nader moeten onderzoeken, laten we er dan ook een radiotelescoop naar laten kijken. Dat levert op 'seti' gebied (radiogolven van ontwikkelde beschavingen) hoogstwaarschijnlijk niets op, maar niet geschoten is altijd mis en het kost vrijwel niets extra.

 

Wetenschappelijk paper: [attachment=20104:Where is the flux.pdf]

Meer info: klik

[Bladerunner]

Ik denk niet dat er objecten rond deze ster cirkelen die groot genoeg zijn voor een dergelijke lichtsterktevariatie.
Veel meer waarschijnlijker is dat het een bepaald type variabele ster is zoals b.v. een Cepheide variabele of een Delta Scuti.
Met name de lichtcurve van een Delta Scuti ster kan erg complex zijn en de regelmaat van deze type variabele sterren is dusdanig dat je er de klok op gelijk kunt zetten.
 
Verder onderzoek (het gaat niet om een erg bekende ster) zal dat uit moeten maken. Het kan toevallig ook een ster zijn die de onstabiele periode in zijn levensloop is ingegaan. Ook de zon zal dat ooit doen.

[Michel Uphoff]

Veel meer waarschijnlijker is dat het een bepaald type variabele ster is zoals b.v. een Cepheide variabele of een Delta Scuti.

...

de onstabiele periode

 

 

Het gaat hier om een F3 V type ster. Een stabiele waterstof gestookte ster uit de hoofdreeks, wat heter en groter dan de Zon. Die kennen een dergelijke variabiliteit niet. Bovendien, als je goed naar de grafiek kijkt, is het een uitermate onregelmatig patroon in een verder netjes vlakke grafiek. Dergelijk helderheidspatronen komen niet voor bij welk type veranderlijke sterren, of levensfase dan ook. Lees verder het toegevoegde paper voor meer informatie.

[Bladerunner]

Zoals ik al zei: Het kan ook een ster zijn die bezig is de hoofdreeks te verlaten en bezig is onstabiel te worden. Dergelijke perioden in het leven van een ster zijn relatief kort en de kans dat we dat toevallig waarnemen is klein. Mogelijk bereikt deze ster over een relatief korte tijd een variabele toestand die wel herkenbaar is en kan hij ondergebracht worden in één van de bekende categorieën. In ieder geval haal je zelf al aan dat de onderzoekers niet tevreden zijn over dat komeet en ruimtepuin verhaal. Dan lijkt mij een tijdelijk storing in de stabiliteit van deze ster aannemelijker dan aliens.
 
Bovendien zou gezien de leeftijd van dergelijke sterren het planetenstelsel of ander materiaal zich gestabiliseerd moeten hebben (dus zeg maar 'afgevlakt' waardoor er een veel minder grillig lichtpatroon zou zijn.)

[Michel Uphoff]

Lees het hoofdstukje "intrinsic variability?" uit het paper.
 

Overall, the star’s spectrum is unremarkable, as it looks like an ordinary early F-star 

 
Het gaat waarschijnlijk om een vrij jonge ster, en niet een die de hoofdreeks aan het verlaten is.

[Bladerunner]

OK, maar het omgekeerde is ook mogelijk. T-Tauri sterren b.v. komen 'pas' aan op de hoofdreeks en waren eerst protosterren.
Ze staan bekend om hun enorme erupties op het oppervlak. Dus dit kan ook een voormalige T-Tauri ster zijn die nog niet helemaal gestabiliseerd is.
 
In ieder geval vind ik het niet aannemelijk dat kometen of ander ruimtepuin een 'dip' kan veroorzaken van 20%.

[Michel Uphoff]

Dus dit kan ook een voormalige T-Tauri ster zijn die nog niet helemaal gestabiliseerd is.

 
De curve lijkt niet op die van een T-Tauri ster:

t-tauri lightcurve 1955 keer bekeken

t-tauri 1955 keer bekeken

 
Ook is het niet waarschijnlijk dat het een Zero Age Main Sequence ster is die net op het waarnemingsmoment met waterstoffusie is begonnen en 'opstartproblemen' heeft, want zo'n lichtcurve zou m.i. geen vrijwel vlak maximaal plafond kennen. Bovendien zou je rond deze sterren nog een in IR waarneembare hoeveelheid stof/gas verwachten, en die is niet aangetroffen.
 
Dat stralingsplafond lijkt dus zo strak als een snaar:
 
[sharedmedia=core:attachments:20105]
 
De ster lijkt volkomen in hydrostatisch evenwicht en bezig met stabiele waterstoffusie, vertoont nooit helderheidsspikes of toename, maar alleen onregelmatig voorkomende scherp afgebakende diepe (periodieke?) dips. Zo'n soort intrinsieke variabiliteit is onbekend.
 

In ieder geval vind ik het niet aannemelijk dat kometen of ander ruimtepuin een 'dip' kan veroorzaken van 20%.

 
Dat ben ik vwb die kometen met je eens. Maar de andere opties zijn volgens de onderzoekers nog onwaarschijnlijker. We zullen moeten wachten tot na de aangevraagde vervolgwaarnemingen met grondtelescopen in januari 2016. Mogelijk komt er dan een logische verklaring.

[Benm]

En het is ook wel erg veel toeval dat net als Kepler naar een ster kijkt, er zo'n uiterst zeldzame en kortstondige gebeurtenis optreedt. Bovendien moet het wel om echt ontzettend veel puin gaan.

Anderzijds, als je missie is om zoveel mogelijk variaties vast te stellen in helderheid valt zoiets natuurlijk wel acuut op, ook al is het een zeldzaam fenomeen. Ik ben geen statisticus, maar wellicht valt best uit te rekenen wat de waarschijnlijkheid is dat keppler een dergelijke anomalie zou vinden.

Een door buitenaardse intelligente ontworpen installatie lijkt me toch wel het meest ver gezocht. Niet dat het in theorie niet mogelijk is, maar wat moet je met zoveel energie? Een vergelijkbaar geval zou zijn de gehele aarde te bedekken met zonnepanelen en dan nog steeds niet genoeg energie hebben zodat je in de ruimte moet gaan bouwen. Ik heb geen idee wat een eventuele beschaving moet met zoveel energie, maar het lijkt onwaarschijnlijk tenzij het nodig is voor extreem energie intensieve projecten als interstellaire ruimtevaart. Als dat laatste de toepassing is komen we ze vanzelf wel een keer tegen

[Bladerunner]

Kepler kijkt (of keek) constant naar een gebied van 12 vierkante graad in het sterrenbeeld Cygnus. Daarbij werd het licht van ongeveer 145.000 sterren helderder dan de 14e magnitude geregistreerd. Het was dus niet zo dat Kepler toevallig speciaal naar deze ster keek. Kepler heeft inmiddels bij 440 sterren planeten gevonden en het aantal kandidaten met nog niet bevestigde planeten is 3 maal zo veel.
 
Van veel sterren is bekend dat zij een natuurlijke lichtsterktewisseling hebben omdat ze onstabiel zijn en andere sterren wisselen van sterkte omdat ze een ster systeem zijn waarbij gezien vanaf de Aarde de ene ster periodiek de andere afdekt. (Dat is dus eigenlijk een 'sterverduistering' en geen intrinsieke verandering) Als dit een zeldzaam maar verder natuurlijk fenomeen is en niet wordt veroorzaakt door ruimte puin, dan komt het dus mogelijk niet vaker voor dan bij 1/145000 sterren.
 
Laten we even ten behoeve van de discussie stellen dat dit het werk is van buitenaardsen. Waarom zou je zoveel energie nodig hebben?
Nou, onze (zeer) hypothetische warp drive van de natuurkundige Miguel Alcubierre werkt alleen met onwaarschijnlijk grote hoeveelheden. Zo heb je een energie-massa equivalent nodig van 10⁶⁴ kg (een factor 10¹¹ groter dan de totale massa van het heelal!) om een klein ruimteschip de diameter van de Melkweg af te laten leggen maar dat is door verbeteringen teruggebracht naar 'iets minder' maar nog altijd onwaarschijnlijk grote hoeveelheden. Voor kortere vluchten heb je natuurlijk minder nodig en worden ze iets aanvaardbaarder maar alleen een grote ster of de 'jet' die een zwart gat uitstoot aan de polen zou dan als bron kunnen dienen.
 
Ik laat het er even buiten dat de energie voor deze warp drive (het is hoe dan ook het enige echte concept) ook nog eens negatief moet zijn, een vorm van energie die ook hypothetisch is en tenzij die 'aliens' een totaal ander idee hebben gehad het erg onwaarschijnlijk is dat er bij die ster een of andere constructie cirkelt voor dit doel.

[Michel Uphoff]

De waarschijnlijkheid van zo'n anomalie berekenen zou op basis van een aantal uiterst speculatieve aannames moeten gebeuren, en m.i. weinig realiteitsgehalte hebben. Maar wellicht kan je toch wat schatten/gokken bij een dergelijk fenomeen.
 
Als we van een bedekkingspercentage van 20% uitgaan bij een ster met een diameter van 2 miljoen kilometer, dan hebben we minste 628 miljard km² aan komeetkernen of planetoïden nodig. Een gemiddelde komeetkern of planetoïde zetten we behoorlijk hoog in op 10 km diameter. Dan zijn er minimaal 8 miljard van die brokken ruimtepuin nodig om 20% van het steroppervlak te verduisteren.
 
Dit is waarschijnlijk een stevige onderschatting, want enerzijds zullen een groot aantal kernen elkaar gedeeltelijk afdekken en anderzijds is het niet waarschijnlijk dat de diameter van de puinwolk kleiner is dan de ster. Als er al planetoïden uit hun baan gedreven zijn of kometen losgetrokken worden uit de Oortwolken van de ster en een passerende ster dan is dat niet een mooi gesloten groepje, maar een enorme wolk waarvan de onderdelen alle kanten op vliegen.
Maar wellicht kijken we (alweer erg toevallig) in de lengterichting door een staart van ruimtepuin, zo ongeveer als ingetekend bij deze afbeelding van twee botsende sterrenstelsels:
 

hs-2002-11-h-full_jpg 1955 keer bekeken

 
Als ik puur op gevoel aan de onderkant van de schatting ga zitten kom ik uit op ten minste 20 miljard brokken, die dan tezamen een massa van ruwweg 2.10²⁵ kg, minimaal 3 keer de massa van de Aarde zouden hebben. De massa van de Oortwolk rond de Zon is niet echt bekend. Schattingen lopen uiteen van 2 tot 40 aardmassa's. Als we ook aannemen dat de massa van de Oortwolk ongeveer evenredig is met de massa van de ster, dan komt er voor KIC8462852 iets tussen 3 en 60 aardmassa's uitrollen. Dan zou 5 tot 100% van de Oortwolk van deze WTF ster (liefdevol acroniem van Where's The Flux) zich in die zeer nauwe zichtlijn moeten bevinden. Heel onwaarschijnlijk maar wellicht niet onmogelijk.
 
Maar dan is er nog het eerste event rond dag 800. Als het een periodiek verschijnsel is met tussenpozen van ruwweg 750 dagen, dan kennen we de afstand tot de ster. Die zou gegeven de massa van de ster (1,43☉) ongeveer 1,8 AE zijn. Dat is 270 miljoen kilometer, net buiten de baan van Mars, en wel erg dichtbij een ster die bijna 5 keer zo sterk straalt als de Zon. De temperatuur in die omgeving is vergelijkbaar met die bij de Aarde (in de habitable zone dus, daar leven de speculaties vast weer van op..). Kometen zouden daar een heel sterke outgassing kennen, waarvan de IR straling zeker gemeten zou moeten kunnen worden, en die is er niet.
 
Wellicht is het een planeet die uiteen gespat is door een botsing, of uiteen getrokken is door getijdenkrachten dan zou er relatief weinig gas kunnen zijn. De duur van de diepste delen van de eerste dip is minder dan een dag. Dat beperkt de kern van de wolk puin tot ongeveer 2 miljoen km diameter. Dan zou de puinwolk nog heel compact moeten zijn, en de catastrofe zeer recent.
 
Wellicht is het scenario dan dat de planeet vlak voor het eerste event uit elkaar gespat is, en de nog geconcentreerde brokstukken voor een scherp afgetekende kortdurende dip zorgden. 750 dagen later zijn de brokken al flink uiteen gedreven in een lange sliert en in staat de ster gedurende bijna 100 dagen gedeeltelijk en sterk variabel te verduisteren. Wel heel zeldzaam dat we daar getuige van mogen zijn.
 
Als het een niet periodiek event is, dus met twee wolken puin of kometen, dan wordt het m.i. echt helemaal ongeloofwaardig.

[Benm]

Het is natuurlijk uiterst jammer dat we het vervolgverhaal niet kunnen zien door de defecten aan Kepler, maar anderzijds 'gaat die ster nergens heen'. Positief punt is wel dat we met een toekomstig instrument nog eens naar deze ster kunnen kijken om te zien wat er gaande is.

Zou het een toevalstreffer geweest zijn van een planeet die uiteen gestoten is zouden we vermoeddelijk in volgende rotaties nog wel iets kunnen zien van een zich uitspreidend patroon van brokstokken. Als het gaat om een of andere rigide structuur zouden we de transit daarvan ook kunnen zien. Kwestie van geduld?

[Michel Uphoff]

Inderdaad, afwachten.
Er zijn vervolgwaarnemingen aangevraagd/gepland, en de met een kleinere telescoop waarneembare ster (magnitude 11) staat nu zo in the picture dat ook de gemeenschap van amateurastronomen haar wel consequent zullen gaan observeren.
 
Ben heel benieuwd of de feitelijke oorzaak gevonden wordt, en wat die is.
 
Inmiddels heeft genoemde Jason Wright een paper naar The Astophysical Journal gezonden mbt. het mogelijk waarneembare onderscheid tussen kunstmatige en natuurlijke structuren. Ook KIC 8462852 komt hierin aan de orde (klik).
 
 

[Bladerunner]

Het laatste nieuws over deze ster.