Cztery gwiazdy, wiele zaćmień
Niedawno astronomowie rozwikłali szczególnie złożony sygnał i ujawnili jego zaskakująco elegancką przyczynę: nie jedna, dwie, a nawet trzy, ale cztery gwiazdy połączone w niekończącym się tańcu.
Obraz pobliskich gwiazd, choć nie połączonych ze sobą jak TIC 114936199. Źródło: ESA/Hubble & NASA, J. Kalirai.
Tajemnicza krzywa blasku
W ciągu ostatnich 20 lat astronomowie zgromadzili całkiem pokaźną ilość krzywych blasku gwiazd. Większość z nich to przewidywalne, dość proste szeregi czasowe: wiadomo, jasność danej gwiazdy może oscylować pseudo-regularnie wokół swojej średniej, gdy plamy gwiazdowe pojawiają się i znikają lub gwiazda kurczy się i pęcznieje, ale ogólnie rzecz biorąc, większość krzywych nie ujawnia niczego zaskakującego. Kilka ekscytujących krzywych kryje w sobie charakterystyczną sygnaturę tranzytującej planety. Kolejna garstka zawiera niestety podobną sygnaturę zaćmieniowych gwiazd podwójnych. Prawie wszystkie z nich mogą być wyjaśnione przez dość proste modele, po prostu jedna lub dwie gwiazdy i ich planety toczące swoje zwykłe życie.
Jednak kilka krzywych blasku spośród setek tysięcy zarejestrowanych do tej pory jest zaskakująco dziwnych. Weźmy na przykład pomiary źródła o nazwie TIC 114936199, które satelita Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) obserwował w trzech oddzielnych fragmentach trwających około 30 dni.
Drugi i trzeci z tych fragmentów wyglądają jak standardowy zaćmieniowy układ podwójny. Ale ten pierwszy fragment… Co może powodować tak głębokie, nie powtarzające się spadki?
Aby się tego dowiedzieć, zespół kierowany przez Briana Powella (NASA Goddard Space Flight Center), głównego autora artykułu, zaczął badać układy coraz większej liczby gwiazd zaćmieniowych, aby wyjaśnić, w jaki sposób natura może tworzyć tak dziwne spadki w pierwszym sektorze, ale nie w innych. Kilka wskazówek skłoniło ich do rozważenia zbioru czterech gwiazd, które TESS zauważył już wcześniej. Jednak opisanie rozmiaru, położenia i prędkości tych czterech gwiazd okazało się sporym wyzwaniem.
Wyzwanie dopasowania
Wędrując po tak szerokiej przestrzeni parametrów, Powell i współpracownicy odkryli, że standardowe procedury dopasowania Monte Carlo gubią się na wzniesieniach lokalnych minimów i nie mogą znaleźć rozsądnego rozwiązania. Zespół najpierw zwiększył siłę obliczeniową, przechodząc na superkomputery NASA, a następnie zastosował inne algorytmy, takie jak Particle Swarm Optimization i Differential Evolution. W tej fazie poszukiwań zespół przebrnął przez miliony możliwych kombinacji w ciągu setek tysięcy godzin obliczeń.
Cały ten wysiłek doprowadził ich do rozsądnego rozwiązania, a kiedy wyczuli, że są blisko, zespół ponownie uruchomił swój algorytm dopasowania. Tym razem skierował się w stronę ostatecznego rozwiązania, konfiguracji czterech gwiazd krążących wokół trzech różnych centrów.
Skuteczne rozwiązanie
Model dokładnie przewidział każdy z wielu spadków w skomplikowanym wzorze w pierwszym sektorze TESS i z powodzeniem wyjaśnił, dlaczego wzór się nie powtarza: najbardziej wewnętrzne gwiazdy, Aa i Ab, zaćmiewają się co 3 dni, ale przez 12 dni w tym pierwszym sektorze obie również od czasu do czasu zaćmiewały gwiazdę C, gdy ta dryfowała w tle. Ten konkretny układ powinien powtórzyć się w 2025 roku, ale potem będziemy musieli poczekać znacznie dłużej na kolejne ustawienie w 2071 roku. O ile nie jest to pierwszy poczwórny układ gwiazd zaobserwowany przez TESS, to jest to pierwszy w takiej konfiguracji 2+1+1. Miejmy nadzieję, że astronomowie będą w stanie zaobserwować kolejną serię złożonych zaćmień za trzy lata – jeżeli nie, będą musieli poczekać pół wieku, zanim ponownie będą mogli cieszyć się tak dramatycznym widowiskiem.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
