Nella sua ricerca di pianeti extrasolari, il telescopio spaziale Kepler cerca stelle il cui flusso luminoso si attenua periodicamente, segnalando il passaggio di un pianeta in orbita davanti alla stella. Ma i tempi e la durata degli episodi di flusso luminoso diminuito che Keplero ha rilevato provenienti da KIC 846852, conosciuta come la stella di Tabby, sono un mistero. Questi eventi di oscuramento variano in grandezza e non si verificano a intervalli regolari, rendendo un pianeta in orbita una spiegazione improbabile. La fonte di questi insoliti eventi di oscuramento è oggetto di intense speculazioni.

Suggerimenti degli astronomi, astrofisici, e gli astronomi dilettanti hanno spaziato dalle cinture di asteroidi all'attività aliena.

Ora un team di scienziati dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, lo studente laureato in fisica Mohammed Sheikh, lavorando con i professori Karin Dahmen e Richard Weaver, offrono una soluzione completamente nuova al puzzle della stella di Tabby. Suggeriscono che le variazioni di luminosità potrebbero essere intrinseche alla stella stessa. La stella di Tabby è nella maggior parte dei casi una stella di classe F standard, situato nella costellazione del Cigno, circa 1, 276 anni luce dalla Terra. La sua insolita curva di luce, il grafico della sua intensità luminosa in funzione del tempo, mostra intensi eventi di oscuramento fino al 20 percento, punteggiato da eventi di attenuazione irregolari più piccoli.

Commenti di tessitore, "Ci sono alcuni segni rivelatori di occultazione, o oscuramento da un corpo indipendente che blocca la vista. La più importante è la periodicità. Nella stella di Tabby, i piccoli e grandi eventi non sono periodici - non si verificano a intervalli regolari - e questo è uno dei misteri centrali della curva di luce. "

Il team dell'Illinois ha applicato un'analisi statistica alle variazioni irregolari più piccole della curva di luce. Quello che hanno trovato è un modello matematico coerente con un modello delle valanghe ben consolidato:gli eventi di oscuramento più piccoli sono il "rumore crepitante" o piccole valanghe che si osservano durante gli intervalli di tempo tra le valanghe più grandi, equiparato ai più grandi eventi di oscuramento. I piccoli eventi di oscuramento sono disponibili in una gamma notevolmente ampia di dimensioni, che sono distribuiti secondo una semplice legge di scala. Questi risultati suggeriscono che gli eventi di oscuramento potrebbero essere intrinseci alla stella di Tabby e che la stella potrebbe essere vicina al punto critico di una transizione di fase continua sottostante.

Sheikh ha eseguito i calcoli per l'analisi dei dati osservativi. Spiega il metodo matematico, che inizia stabilendo una soglia di attenuazione media attraverso la curva di luce.

"La soglia è un artificio a cui ricorriamo per definire cosa sia una valanga nel contesto della curva di luce. Infatti, le statistiche sono piuttosto robuste rispetto a dove scegliamo la soglia, quindi il valore esatto non è importante. L'importante è avere abbastanza valanghe per fare statistiche.

Una volta che la curva di luce scende al di sotto della soglia, consideriamo un tale evento l'inizio di una valanga. Mentre la curva di luce rimane al di sotto della soglia la valanga continua, e si ferma quando aumenta di nuovo fino a un valore superiore alla soglia."

Le valanghe hanno due proprietà principali, dimensione e durata. La dimensione è l'area totale racchiusa dalla curva di luce (sotto la soglia) e dalla soglia.

La dimensione della valanga, "continua lo sceicco, "è correlato alla diminuzione netta dell'energia emessa dalla stella durante l'evento di oscuramento, se confrontato con un tasso di emissione costante della stella, o il valore di soglia costante. La durata della valanga è la durata dell'evento. Osserviamo anche la densità spettrale di potenza, che è correlato a quanta potenza per unità di frequenza è contenuta nella curva di luce.

"Fondamentalmente, stiamo esaminando le distribuzioni statistiche delle fluttuazioni. A tutte queste cose sono associate leggi di potere. Questo ci dà un modo indipendente di interpretare gli eventi e verificare la coerenza con il modello".

Le leggi di potenza hanno la caratteristica interessante di apparire uguali su scale diverse. Quindi, quando si ingrandisce su scale piccole e tempi brevi, si ottengono gli stessi tipi di distribuzioni statistiche di quando si esegue lo zoom indietro su scale più grandi e tempi più lunghi. Le leggi di potenza riflettono l'autosimilarità del sistema su un'ampia gamma di scale di lunghezza e tempo, simili ai frattali, che hanno lo stesso aspetto quando si ingrandisce o si riduce.

In modo significativo, le statistiche degli eventi di attenuazione più piccoli della stella di Tabby sono coerenti con le previsioni di una teoria dello scaling. Nel suo corpo di ricerca, Dahmen ha stabilito che un modello di scala di piccoli eventi punteggiato da eventi più grandi è tipico dei sistemi vicini a una transizione di fase. Lo ha visto nelle dinamiche di deformazione intermittente dei nanocristalli, le statistiche degli eventi dei vetri metallici, rocce, e materiali granulari, e in terremoti su scale molto più grandi che abbracciano 12 decenni di lunghezza. Tipi simili di valanghe si vedono anche in valanghe di neuroni che sparano nel cervello, nei sistemi magnetici, e in molti altri sistemi di materia condensata.

"Sappiamo da altri sistemi vicini a transizioni di fase di non equilibrio che un sistema può avere piccoli eventi che mostrano il ridimensionamento della legge di potenza e grandi eventi che hanno dinamiche diverse, " Spiega Dahmen. "Esempi di tali transizioni sono sistemi magnetici che vengono guidati lentamente con un campo magnetico, o la lenta deformazione di materiali un po' fragili dove spesso c'è prima un piccolo crepitio che diventa sempre più forte fino a quando non c'è un grande scatto quando il materiale si rompe." "I piccoli eventi nella nostra analisi stellare sarebbero come i piccoli crepitii mentre i grandi eventi sarebbe l'analogo del grande scatto, " continua. "Il nostro modello di campo medio è effettivamente in grado di tenere conto di entrambi, piccoli e grandi eventi. Ha un meccanismo di "indebolimento" integrato che spiega perché dovrebbero esserci due tipi di valanghe".

Se gli eventi di oscuramento sono associati a una transizione di fase in arrivo, verso cosa si sta muovendo la stella e in quale lasso di tempo? Tessitore spiega, "Man mano che vengono analizzati più dati, speriamo che sarà possibile identificare esattamente di che tipo di transizione si tratta. Non abbiamo una comprensione abbastanza profonda per ottenere una risposta definitiva, e sono necessarie ulteriori osservazioni. Possiamo solo speculare su quale sarebbe una tale transizione".

"È importante notare che la sola mancanza di periodicità non è sufficiente per escludere l'occultazione. Questo è uno dei motivi per cui teorie come le comete o i detriti planetari sono così popolari. Non possiamo assolutamente escludere queste cose con le nostre scoperte, ma possiamo dire che le leggi di potenza che abbiamo ottenuto sono più coerenti con la variazione intrinseca."

Dahmen aggiunge, "Il nostro lavoro fornisce un quadro su come analizzare i dati e forse anche per classificare le stelle in base a quanto vicine o lontane sono le stelle da tale transizione. Questi strumenti di analisi statistica sono stati testati e applicati con successo al rumore delle valanghe nei sistemi magnetici e deformazione plastica.Stiamo trasportando questi strumenti in astrofisica per saperne di più sulla dinamica delle stelle ed eventualmente per confrontare stelle diverse.

"Come passo successivo crediamo che lo stesso tipo di analisi dovrebbe essere applicato ad altre stelle per vedere quanto queste statistiche di fluttuazione siano universali tra le stelle che sono già note. In altre parole useremmo le statistiche del rumore nelle curve di luce in queste stelle per imparare qualcosa sui processi dinamici che avvengono all'interno della stella".

Questa ricerca è pubblicata nel numero del 19 dicembre di Lettere di revisione fisica .