En su búsqueda de planetas extrasolares, el telescopio espacial Kepler busca estrellas cuyo flujo de luz se atenúa periódicamente, señalando el paso de un planeta en órbita frente a la estrella. Pero el tiempo y la duración de los episodios de flujo de luz disminuido que Kepler detectó provenientes de KIC846852, conocida como la estrella de Tabby, es un misterio. Estos eventos de atenuación varían en magnitud y no ocurren a intervalos regulares, lo que hace que un planeta en órbita sea una explicación poco probable. La fuente de estos eventos de atenuación inusuales es el tema de una especulación intensa.
Las sugerencias de astrónomos, astrofísicos y astrónomos aficionados han variado desde cinturones de asteroides hasta actividad extraterrestre.
Ahora, un equipo de científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, el estudiante graduado de física Mohammed Sheikh, que trabaja con los profesores Karin Dahmen y Richard Weaver, ofrece una solución completamente nueva al rompecabezas de estrellas del Tabby. Sugieren las variaciones de luminosidadpuede ser intrínseca a la estrella misma. La estrella de Tabby es, en la mayoría de los casos, una estrella de clase F estándar, ubicada en la constelación Cygnus, aproximadamente a 1.276 años luz de la Tierra. Su curva de luz inusual: el gráfico de su intensidad de luz en función detiempo: muestra eventos de atenuación intensos de hasta 20 por ciento, puntuados con eventos de atenuación irregulares más pequeños.
Weaver comenta: "Hay algunos signos reveladores de ocultación o oscurecimiento por un cuerpo independiente que bloquea la vista. Lo más importante es la periodicidad. En la estrella de Tabby, los eventos pequeños y grandes no son periódicos, no ocurrena intervalos regulares, y este es uno de los misterios centrales de la curva de luz ".
El equipo de Illinois aplicó un análisis estadístico a las variaciones irregulares más pequeñas de la curva de luz. Lo que encontraron es un patrón matemático consistente con un modelo de avalancha bien establecido: los eventos de atenuación más pequeños son el "ruido crepitante" o pequeñas avalanchas que se observan durantelos intervalos de tiempo entre las avalanchas más grandes, equivalentes a los eventos de atenuación más grandes. Los eventos de atenuación pequeños vienen en una gama notablemente amplia de tamaños, que se distribuyen de acuerdo con una ley de escala simple. Estos resultados sugieren que los eventos de atenuación pueden ser intrínsecos a la estrella de Tabbyy que la estrella puede estar cerca del punto crítico de una transición de fase continua subyacente.
Sheikh realizó los cálculos para el análisis de los datos de observación. Explica el método matemático, que comienza estableciendo un umbral de atenuación medio a través de la curva de luz.
"El umbral es un artificio al que recurrimos para definir qué es una avalancha en el contexto de la curva de luz. De hecho, las estadísticas son bastante robustas para elegir el umbral, por lo que el valor exacto no es importanteLo importante es que tengamos suficientes avalanchas para hacer estadísticas.
Una vez que la curva de luz cae por debajo del umbral, consideramos que tal evento es el comienzo de una avalancha. Mientras la curva de luz permanece por debajo del umbral, la avalancha continúa y se detiene cuando aumenta nuevamente a un valor por encima del umbral ".
Las avalanchas tienen dos propiedades principales, tamaño y duración. El tamaño es el área total encerrada por la curva de luz debajo del umbral y el umbral.
El tamaño de la avalancha, "continúa Sheikh", está relacionado con la disminución neta de energía emitida por la estrella durante el evento de atenuación, en comparación con una tasa de emisión constante de la estrella, o el valor umbral constante. La duración de la avalancha es elduración del evento. También observamos la densidad espectral de potencia, que está relacionada con la cantidad de potencia por unidad de frecuencia contenida en la curva de luz.
"Básicamente, estamos observando las distribuciones estadísticas de las fluctuaciones. Todas estas cosas tienen leyes de poder asociadas con ellas. Esto nos da una forma independiente de interpretar los eventos y verificar la coherencia con el modelo".
Las leyes de potencia tienen la característica interesante de que se ven iguales en diferentes escalas. Por lo tanto, cuando se acerca a escalas pequeñas y tiempos cortos, obtiene los mismos tipos de distribuciones estadísticas que cuando se aleja a escalas más grandes y tiempos más largos.reflejan la auto-similitud del sistema en una amplia gama de escalas de longitud y tiempo, similares a los fractales, que se ven iguales cuando acercas o alejas.
Significativamente, las estadísticas de los eventos de atenuación más pequeños de la estrella Tabby son consistentes con las predicciones de una teoría de escala. En su cuerpo de investigación, Dahmen ha establecido que un patrón de escala de eventos pequeños puntuado por eventos más grandes es típico de los sistemas cerca de una transición de faseElla ha visto esto en la dinámica de deformación intermitente de los nanocristales, las estadísticas de eventos de vidrios metálicos, rocas y materiales granulares, y en terremotos en escalas mucho más grandes que abarcan 12 décadas de duración. También se observan tipos similares de avalanchas en avalanchas de disparo de neuronasen el cerebro, en sistemas magnéticos y en muchos otros sistemas de materia condensada.
"Sabemos por otros sistemas cerca de transiciones de fase sin equilibrio que un sistema puede tener pequeños eventos que muestran escalas de la ley de potencia y grandes eventos que tienen diferentes dinámicas", explica Dahmen. "Ejemplos de tales transiciones son sistemas magnéticos que se controlan lentamente con uncampo magnético, o la lenta deformación de materiales algo frágiles donde a menudo hay un primer crujido que se vuelve más y más fuerte hasta que hay un gran chasquido cuando el material se rompe "." Los pequeños eventos en nuestro análisis de estrellas serían como los pequeños crujidos mientras"los grandes eventos serían el análogo de la gran instantánea", continúa. "Nuestro modelo de campo medio es capaz de dar cuenta tanto de los eventos pequeños como de los grandes. Tiene un mecanismo de" debilitamiento "incorporado que explica por qué debería haberdos tipos de avalanchas "
Si los eventos de atenuación están asociados con una transición de fase inminente, ¿hacia qué transición pasaría la estrella y en qué período de tiempo? Weaver explica: "A medida que se analizan más datos, esperamos que sea posible identificar exactamente qué tipo de transiciónesto es. No tenemos una comprensión lo suficientemente profunda como para obtener una respuesta definitiva, y se requieren más observaciones. Solo podemos especular sobre cuál sería esa transición ".
"Es importante tener en cuenta: la falta de periodicidad por sí sola no es suficiente para descartar la ocultación. Esa es parte de la razón por la cual las teorías como los cometas o los desechos planetarios son tan populares. Definitivamente no podemos descartar estas cosas con nuestros hallazgos, pero podemos decir que las leyes de poder que hemos obtenido son más consistentes con la variación intrínseca ".
Dahmen agrega: "Nuestro trabajo proporciona un marco sobre cómo analizar los datos y tal vez incluso clasificar las estrellas en qué tan cerca o lejos están las estrellas de dicha transición. Estas herramientas de análisis estadístico se han probado y aplicado con éxito a la avalancharuido en sistemas magnéticos y deformación plástica. Estamos transportando estas herramientas a la astrofísica para aprender más sobre la dinámica de las estrellas y, finalmente, para comparar diferentes estrellas.
"Como siguiente paso, creemos que el mismo tipo de análisis debería aplicarse a otras estrellas para ver cuán universales son estas estadísticas de fluctuación entre las estrellas que ya se conocen. En otras palabras, usaríamos las estadísticas del ruido en la luzcurvas en estas estrellas para aprender algo sobre los procesos dinámicos que están ocurriendo dentro de la estrella "
Esta investigación se publica en la edición del 19 de diciembre de Cartas de revisión física .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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