Предложения астрономов, астрофизиков и астрономов-любителей варьировались от поясов астероидов до инопланетной активности.Теперь команда ученых из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн — аспирант физики Мохаммед Шейх, работающий с профессорами Карин Дамен и Ричардом Уивером — предлагает совершенно новое решение загадки звезды Табби.
Они предполагают, что вариации светимости могут быть присущи самой звезде. Звезда Табби в большинстве случаев является стандартной звездой F-класса, расположенной в созвездии Лебедя, примерно в 1276 световых годах от Земли.
Его необычная кривая блеска — график зависимости интенсивности света от времени — показывает интенсивное затемнение до 20 процентов, перемежающееся с более мелкими нерегулярными событиями затемнения.Уивер комментирует: «Есть несколько явных признаков затмения или затемнения из-за независимого тела, блокирующего обзор. Наиболее важным является периодичность.
В звезде Табби маленькие и большие события не периодичны — они не происходят регулярно. интервалы — и это одна из центральных загадок кривой блеска ».Команда из Иллинойса применила статистический анализ к меньшим нерегулярным изменениям кривой блеска.
Они обнаружили математическую закономерность, согласующуюся с хорошо зарекомендовавшей себя лавинной моделью: меньшие события затемнения — это «треск» или небольшие лавины, которые наблюдаются в промежутках времени между более крупными лавинами, приравненными к более крупным событиям затемнения. Небольшие события затемнения имеют очень широкий диапазон размеров, которые распределяются согласно простому закону масштабирования. Эти результаты предполагают, что события затемнения могут быть присущи звезде Табби и что звезда может находиться около критической точки лежащего в основе непрерывного фазового перехода.Шейх выполнил расчеты для анализа данных наблюдений.
Он объясняет математический метод, который начинается с установления среднего порога затемнения по кривой блеска.«Порог — это уловка, к которой мы прибегаем, чтобы определить, что такое лавина в контексте кривой блеска.
На самом деле, статистика довольно надежна в зависимости от того, где мы выбираем порог, поэтому точное значение не имеет значения. Что Важно, чтобы у нас было достаточно лавин для сбора статистики.Когда кривая блеска опускается ниже порога, мы считаем такое событие началом лавины. Пока кривая блеска остается ниже порога, лавина продолжается и останавливается, когда снова увеличивается до значения выше порога ».
Лавины имеют два основных свойства: размер и продолжительность. Размер — это общая площадь, ограниченная кривой блеска (под порогом) и порогом.Размер лавины, продолжает Шейх, связан с чистым уменьшением энергии, излучаемой звездой во время затемнения, по сравнению с постоянной скоростью излучения звезды или постоянным пороговым значением. Продолжительность лавины — это продолжительность события.
Мы также смотрим на спектральную плотность мощности, которая связана с тем, сколько мощности на единицу частоты содержится в кривой блеска.«По сути, мы смотрим на статистические распределения флуктуаций. Все эти вещи имеют связанные с ними степенные законы.
Это дает нам независимый способ интерпретировать события и проверять согласованность с моделью».У степенных законов есть интересная особенность, заключающаяся в том, что они выглядят одинаково в разных масштабах. Поэтому, когда вы увеличиваете масштаб до небольших масштабов и коротких времен, вы получаете те же типы статистических распределений, что и при уменьшении до более крупных масштабов и более длинных времен. Законы степени отражают самоподобие системы в широком диапазоне длин и временных масштабов — аналогично фракталам — которые выглядят одинаково при увеличении или уменьшении масштаба.
Примечательно, что статистика меньших событий затемнения звезды Табби согласуется с предсказаниями теории масштабирования. В своих исследованиях Дамен установила, что масштабная модель небольших событий, перемежающихся более крупными событиями, типична для систем, находящихся вблизи фазового перехода. Она увидела это в динамике прерывистой деформации нанокристаллов, статистике событий для металлических стекол, горных пород и гранулированных материалов, а также в землетрясениях в гораздо более крупных масштабах, продолжительностью 12 десятилетий.
Подобные типы лавины также наблюдаются в нейронах, запускающих лавины в головном мозге, в магнитных системах и во многих других системах конденсированного состояния.«Из других систем, близких к неравновесным фазовым переходам, мы знаем, что система может иметь небольшие события, которые демонстрируют масштабирование по степенному закону, и большие события, которые имеют другую динамику», — объясняет Дамен. «Примерами таких переходов являются магнитные системы, которые медленно приводятся в действие магнитным полем, или медленная деформация несколько хрупких материалов, где часто бывает первое небольшое потрескивание, которое становится все громче и громче, пока не произойдет большой щелчок при разрыве материала». «Маленькие события в нашем звездном анализе будут похожи на маленькие потрескивания, в то время как большие события будут аналогом большого щелчка», — продолжает она. «Наша модель среднего поля на самом деле способна учесть как небольшие события, так и крупные.
Она имеет встроенный механизм« ослабления », который объясняет, почему должно быть два типа лавин».Если события затемнения связаны с приближающимся фазовым переходом, к чему будет двигаться звезда и в каких временных рамках?
Уивер объясняет: «По мере того, как анализируется все больше данных, мы надеемся, что удастся точно определить, какой это тип перехода. У нас недостаточно глубокого понимания, чтобы получить окончательный ответ, и требуются дополнительные наблюдения. Мы можем только размышлять о том, каким будет такой переход ".«Важно отметить — одного отсутствия периодичности недостаточно, чтобы исключить затмение.
Это одна из причин, почему теории о кометах или планетных обломках так популярны. мы можем сказать, что полученные нами степенные законы более согласуются с внутренними вариациями ".Дамен добавляет: «Наша работа дает основу для анализа данных и, возможно, даже для классификации звезд по тому, насколько близко или насколько далеко звезды находятся от такого перехода.
Эти инструменты статистического анализа были протестированы и успешно применены к лавинному шуму в магнитные системы и пластическая деформация.Мы переносим эти инструменты в астрофизику, чтобы узнать больше о динамике звезд и, в конечном итоге, сравнить разные звезды.«В качестве следующего шага мы считаем, что такой же тип анализа следует применить к другим звездам, чтобы увидеть, насколько универсальна эта статистика флуктуаций среди уже известных звезд.
Другими словами, мы будем использовать статистику шума в кривых блеска в эти звезды, чтобы узнать что-нибудь о динамических процессах, происходящих внутри звезды ».Это исследование опубликовано в выпуске Physical Review Letters от 19 декабря.