Переменность звезд

АСТРОИНЖЕНЕРНЫЙ АСПЕКТ SETI И ПЕРЕМЕННОСТЬ ЗВЕЗД

А.В. Архипов
РИНАН Украины, г. Харьков

Астроинженерные сооружения внеземных цивилизаций способны создавать обнаружимые эффекты не только в инфракрасном диапазоне, но и в оптике. В этом обзоре впервые системно рассмотрены возможности современной астрономии по обнаружению искусственной переменности звезд. Предлагается обратить внимание на ряд объектов с экзотическими кривыми блеска.

1. ГИПОТЕЗА ОБ ИСКУССТВЕННОЙ ПЕРЕМЕННОСТИ ЗВЕЗД

Разум позволяет нам непрерывно расширять ареал Homo sapiens путем создания искусственной среды обитания – жилищ на суше, под землей, в воздухе и воде, и даже на Луне. Эта универсальная диффузия, безусловно, будет продолжаться.

Отец космонавтики К.Э. Циолковский был уверен в неизбежности постепенного переселения человечества в “эфирные города” космоса. Лишь полвека спустя аналогичные идеи были развиты рядом ученых (Ф. Дайсоном, Г.М. Покровским, С.А. Капланом, Н.С. Кардашевым, В.И. Слышем, Г.К. О’Нейлом, М.Д. Папагианнисом). Был даже введен термин “астроинженерия”, обозначающий сооружение гигантских поселений космического масштаба в межпланетном пространстве.

Астроинженерная конструкция способна работать как затемняющий экран или эффективный отражатель звездного света, либо даже как генератор собственных излучений. Такие фотометрические эффекты не могут быть статичными в силу неизбежности орбитального движения астроинженерных сооружений. Таким образом, логический анализ приводит к мысли о возможности искусственной модуляции света у некоторых звезд.

Еще в 1931 г. Ч.Форт сострил: «Переменные звезды – сменяющаяся световая реклама, объявляющая о выгодной продаже недвижимости». А пионер астроинженерии Ф.Дайсон в 1960-х предлагал «поискать, в частности, неправильные вспышки света звезды, просвечивающей сквозь щели в оболочке». Теперь же наблюдательная астрономия достигла небывалой точности фотометрических измерений, до миллионных долей светового потока в случае орбитальных обсерваторий MOST и COROT. И если сверхточная фотометрия позволяет открывать экзопланеты при их прохождениях по дискам звезд, то имеет смысл и дискуссия о фотометрических эффектах от астроинженерных сооружений планетарных или даже межпланетных масштабов. Причем тип и возраст звезды вряд ли важны, поскольку высокоразвитые цивилизации в принципе способны колонизировать окрестности любой звезды путем создания искусственных биосфер в астроинженерных конструкциях.

2. ФЕНОМЕНОЛОГИЯ НЕИЗВЕСТНОГО

Уже через пару месяцев после направления в печать вышеизложенных аргументов, Luc Arnold опубликовал первые результаты моделирования тонких отличий затменных кривых экзопланет и эквивалентных по размерам астроинженерных конструкций в форме треугольника или прямоугольных экранов с окнами. Теоретические расчеты показали, что такие отличия составляют до ~0.0003 звездной величины, что доступно для обнаружения орбитальными обсерваториями MOST, COROT и Kepler .

Однако более легкодоступным критерием искусственности минизатмений звезд представляется оценка массы затмевающего тела. Ведь астроинженерные конструкции должны иметь максимальную площадь или обитаемый объем при минимуме конструктивных материалов, т.е. иметь минимальную плотность. Соответственно, астроинженерное сооружение обладает практически необнаружимой массой по сравнению с планетой таких же размеров. Поэтому поиск чужих конструкций сводится к выделению минизатмений, неподтвержденных спектроскопически. К сожалению, спектроскописты публикуют только подтверждения экзопланет, умалчивая о потенциальной астроинженерии.

В принципе, возможны космические сооружения звездных (~105 км) или даже межпланетных (~108 км) масштабов, создающие затмения звезд большой амплитуды (>0.5m). В этой связи интересны аномальные затменные переменные.

Например, недавно было обращено внимание на одну из звезд в Туманности Ориона (Par 1802). При равных спектроскопических массах (0.4 msun) и возрасте один из компонентов этой затменной пары почти вдвое превышает другой по размеру. Это явно противоречит теории звездной эволюции, что отражено в заголовке сообщения об этой аномалии: «Двойная звезда в Орионе не имеет смысла». Поэтому здесь возможно присутствие, например, обширного кольца, окружающего одну из звезд.

3. ЗАГАДКА KH 15D

Обычно аномальные затмения звезд связывают с плотными и компактными облаками, волокнами или дисками пыли, которые медленно движутся в окрестностях очень молодых или очень старых звезд. В пользу этой интерпретации свидетельствуют инфракрасные (ИК) избытки и заметное покраснение звезд во время затмений. Однако, «мигающая» звезда KH 15D не имеет ни заметного ИК-избытка, ни обнаружимого покраснения. Во время затмения она даже чуть голубеет. Кривая ее блеска напоминает прямоугольные импульсы, вроде сигналов маяка (рис. 1). Рис. 1. Кривая блеска экзотической затменной переменной звезды KH 15D в разные годы.

Форма этой кривой, а также ее эволюция со временем хорошо объясняются медленным покрытием двойной звезды “непрозрачным экраном“ с прямым и резким, “ножевым” (knife) краем. Размеры этой заслонки соизмеримы с расстоянием от Земли до Солнца. В максимуме блеска обе звезды выглядывали из-за края заслонки, а в минимуме была видна лишь одна звезда или вообще “отраженный свет” (рис. 2).

Рис. 2. Объяснение переменности KH 15D медленным покрытием этой двойной звезды непрозрачным экраном с аномально резким краем.

Имеется ряд аномальных черт у предлагавшихся моделей KH 15D:

а) рекордная резкость края экрана (≤0.05 радиуса покрываемой звезды);

б) если это диск из протозвездного вещества, то его относительная толщина рекордно мала (~0.1% от радиуса диска в 3 а.е.) и на порядок меньше толщин типичных дисков вокруг молодых звезд типа T Tau;

в) диск должен быть сильно наклоненным к орбитальной плоскости центральных звезд (не менее 32±7о), допускается его большой эксцентриситет (e~0.6) или существенное искривление;

г) диск представляется скорее в виде кольца (соизмеримость его внутреннего и внешнего радиусов), прецессирующего как единое целое;

д) диск практически непрозрачен во всех длинах волн, включая инфракрасный диапазон до λ= 2.14 µ;

е) альтернативные модели также предусматривают экзотическую геометрию экрана в виде полного или неполного узкого кольца.

Ввиду всей этой экзотики, звезда KH 15D представляется перспективным объектом для поиска астроинженерных конструкций. К сожалению, уже в 2008 году ожидается полное сокрытие KH 15D за таинственным занавесом.

4. ПРОПАВШИЕ ЗВЕЗДЫ

По-видимому, исчезновение KH 15D было не единственным. Хорошим, но забытым историческим примером такого рода являются свидетельства трех авторитетнейших астрономов. Так в конце XVII в. Королевский астроном Дж. Флемстид описал в “шее Геркулеса” относительно яркую звезду 5-й величины и обозначил ее номером 55. Век спустя В. Гершель дважды видел объект Флемстида как красную звезду 10 октября 1781 г. и 11 апреля 1782 г. Но 24 мая 1791 г. он же обнаружил пропажу светила. Отсутствие 55 Her по просьбе Гершеля засвидетельствовал и директор Гринвичской обсерватории Н. Маскелайн. С тех пор эту звезду больше никто не видел, и даже подробнейшая Интернет-база звездных данных SIMBAD на запрос об этой звезде отвечает отказом, хотя звезды №54 и №56 Геркулеса там числятся.

Более свежими примерами являются звезды U Leo, SZ Per, N Tri 1853 и BD+8o215, которые неоднократно наблюдались различными астрономами на протяжении нескольких лет и даже фотографировались (SZ Per), но теперь утеряны. Судя по длительной видимости этих объектов, они были отнюдь не новыми звездами. Попутно стоит обратить внимание на десятки объектов «Астрографического обзора» (например, AC 2204592, AC 2638938, AC 3161069 и AC 4427840), фотографировавшихся по 2-5 раз в рамках проекта «Фотографическая карта неба» (1891-1950 гг.), но отсутствующих в других звездных каталогах (SAO, Hipparchos, Tycho). Такие пропажи концентрируются не вокруг эклиптики, а около экватора Млечного пути. Поэтому вряд ли этот феномен целиком объясняется астероидами и дефектами фотопластинок.

По-видимому, некоторые случаи странных «исчезновений» звезд могли бы быть кандидатами на мегазатмения светил астроинженерными конструкциями.

5. ВНЕЗАТМЕННЫЕ ФЕНОМЕНЫ

Кроме затмений, не исключены и другие фотометрические эффекты астроинженерных конструкций. Например, если вокруг звезды обращается сферическая конструкция радиусом r на удалении R = 1 а.е. от звезды, то диффузное отражение света от нее по закону Ламберта создаст вариации потока излучения от конструкции (Fp), отнесенные к потоку излучения от звезды (F*):

Fp/F*=A(r/R)2(1 + sini cosλ)/8, (1)

где: A – сферическое альбедо; i – наклон плоскости орбиты конструкции к малому участку небесной сферы в направлении на звезду; λ – орбитальная долгота наблюдателя, отсчитываемая от точки нижнего соединения конструкции со звездой. В случае предельной точности фотометрии орбитальных обсерваторий MOST и COROT (σF/F*=10-6) уравнение (1) позволяет надеяться обнаружить конструкции субзвездных размеров даже без затмений:

r > R {8(σF/F*)/[A(1 + sini cosλ)]}1/2~3×105 км, (2)

где для оценки минимального размера обнаружимой конструкции (r) принят наиболее благоприятный набор параметров (A=1; i=90o; λ=0o). Критерием отличия субзвездных объектов от обитаемых конструкций является низкая температура последних (~300o K) и соответственно низкий поток ИК излучения. В отличие от звездных пятен, астроинженерные конструкции могли бы создавать микропеременность звезд с «орбитальной» шкалой времени (~100 сут.).

К феноменологии описанного эффекта наиболее близки кривые блеска ротационных переменных звезд, особенно эллипсоидальных и типа BY Dra. Наиболее интересным случаем является 68 Cyg (V1809 Cyg). В «Общем каталоге переменных звезд» она отнесена к эллипсоидальным ротаторам типа ELL. Однако, у этой яркой (5.02m) звезды не обнаружено никаких признаков компаньона, способного вызвать приливную деформацию звезды или прецессию оси вращения. Звезда слишком горяча (спектральный класс O8V(e)) и не имеет конвективной зоны а, следовательно, и обширных пятен на поверхности. Измерения орбитальной обсерватории Hipparchos позволяют подозревать у 68 Cyg квазисинусоидальную переменность с амплитудой ~0.02m и аномально большим периодом порядка 1000 суток (рис. 3).

Рис. 3. Слабые, долгопериодические вариации блеска голубой звезды 68 Cyg формально походят на эффект рассеяния звездного света астроинженерной конструкцией (вертикальная шкала в звездных величинах, горизонтальная в сутках). Данные орбитальной обсерватории Hipparchos (CD Celestia 95).

Формально этот случай противоречит модели ротатора и соответствует ожидаемому астроинженерному эффекту. Однако, звезда может оказаться и нераспознанной переменной редкого типа гаммы Кассиопеи.

Рис. 4. Пример экзотической кривой блеска звезды типа гипотетического эллипсоидального ротатора. Но такой ротатор эквивалентен одному или нескольким искусственным отражателям, облетающим звезду.

Другой тип экзотических кривых блеска эллипсоидальных ротаторов представлен на рис. 4. Для их интерпретации привлекается модель двойной системы из красных гигантов с приливной деформацией компонент и большим эксцентриситетом орбит. Однако наличие эксцентриситетов до 0.4 у пар звезд с большими приливами и возрастами остается загадкой. Поэтому уместно иметь в виду и альтернативные модели с маломассивным отражателем, облетающим звезду по эллиптической орбите, либо с несколькими отражателями на круговых орбитах.

6. ТЕХНОГЕННЫЕ ВСПЫШКИ?

Разумеется, блики от плоских и гладких поверхностей способны понизить радиус обнаружимого отражателя до астероидно-лунного размера r=(σF/F)1/2 R*~700 км, где R*~7×105 км – радиус Солнца; σF/F=10-6 – предел относительной точности фотометрии орбитальных обсерваторий MOST и COROT. А узконаправленные или кратковременные излучатели могут быть обнаружены при гораздо меньших размерах.

В этой связи большой интерес вызывают вспышки, неоднократно регистрировавшиеся у звезд, которые не принадлежат к вспыхивающим переменным. Например, у звезд без обширных конвективных зон и, соответственно, хромосферных вспышек. Такие феномены наблюдались фотографически, электрофотометрически и на видео у звезд спектрального класса B, например, у 66 Oph, HD 160202, BW Vul. До сих пор в качестве возможных объяснений аномальных вспышек рассматривались разнообразные случайности: стационарные метеоры, блики от искусственных спутников Земли и падения комет на белые карлики. Однако недавнее обнаружение периодических вспышек у звезды HD 201601 (гамма Малого Коня; спектр A9p) заставляет сомневаться в гипотезе простых совпадений.

Так в 2005 году на Международной научной конференции «9th COROT Week» М.Л. Ходаченко (Ин-т космических исследований Австрийской АН, г. Грац) представил результаты работы группы коллег по анализу микропеременности HD 201601. Обработке подверглась последовательность почти 50000 высокоточных фотометрических измерений этой звезды, сделанных орбитальной обсерваторией MOST. При этом применялся новый метод, объединяющий традиционный анализ Фурье с преобразованием Wigner-Ville. Этот подход позволяет обнаруживать долгопериодическую, мультисигнальную модуляцию блеска звезды с амплитудой ниже уровня шума, с хорошим разрешением по времени и частоте. В результате, кроме 12-минутных микропульсаций звезды – аналогов 5-мин. осцилляций Солнца, была обнаружена микропеременность с неотождествленными периодами 2.4, 20 и 280 часов.

Рис. 5. 20-часовая периодичность блеска HD 201601 в спектре Фурье (верху) и на динамическом спектре после преобразования Wigner-Ville (посередине). Внизу показаны исходные вариации блеска звезды по измерениям MOST.

Особенно интересна 20-часовая периодичность (рис. 5), формируемая регулярной последовательностью микровспышек длительностью по ~10 мин. каждая (рис. 6).

Рис. 6. Средний профиль микровспышек блеска HD 201601, следующих с периодом около 20 часов.

Обнаружено слабое изменение периода вспышек, которое соответствует смещению источника в пространстве по дуге окружности (рис. 7).

Рис. 7. Изменение периода 20-часовых вспышек HD 201601 (слева) и изменение их фазы (справа) со временем. Фаза вспышек (квадраты) трассирует сегмент круговой орбиты излучателя.

Полный период смещения оценен в 267 сут. Авторы открытия связывают 20-часовый период с вращением некого объекта, который движется вокруг звезды по круговой орбите с периодом 267 сут. Однако природа вспышек со столь большой скважностью (20 час./10 мин. = 120) остается загадкой. Консультации со специалистами по физике звезд ситуацию не прояснили. Более того, предложение опубликовать обстоятельную статью об аномальных вспышках HD 201601 не получило поддержки у руководства проекта MOST.

7. ВЫВОДЫ

1. Современные средства наблюдательной астрономии позволяют обнаруживать в окрестностях других звезд астроинженерные сооружения субзвездных и даже субпланетарных масштабов по вариациям блеска звезд. Однако, эти возможности до сих пор практически не использованы.

2. Существуют аномальные переменные звезды, формально соответствующие ожидаемым фотометрическим эффектам от астроинженерных сооружений высокоразвитых цивилизаций. Интерпретация таких феноменов в рамках модели необитаемой Вселенной зачастую представляется спорной либо отсутствует вообще, иногда порождая эффект отторжения эмпирических фактов.

3. Наиболее перспективными направлениями дальнейших исследований являются:

– выявление и изучение «экзопланет», обнаруженных методом затмений, но неподтвержденных спектроскопией;

– поиск экзотической микропеременности звезд с периодами более 100 суток по данным орбитальных обсерваторий (MOST, COROT, Kepler);

– поиск и исследование мест «пропавших» звезд в инфракрасном и радио диапазонах спектра.

Автор выражает горячую благодарность М.Л. Ходаченко (Институт космических исследований Австрийской Академии Наук, г. Грац) за предоставление результатов исследования микровспышек звезды гамма Малого Коня и за плодотворные дискуссии. Автор также признателен Л.М. Гиндилису (ГАИШ) и академику Н.С. Кардашеву (АКЦ ФИАН) за стимуляцию обзора по данной теме.

(с) lnfm1.sai.msu.ru

One thought on “Переменность звезд

  • Бывают следующие типы физических переменных звёзд Это гиганты спектрального класса A. Период переменности для этих звёзд 0,2 — 1,2 суток.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *