miércoles, 28 de octubre de 2015

Las curvas de luz de la estrella KIC 8462852 observadas por Kepler

Dibujo20151026 keck ao h-band image kic 8482852 companion

La semana pasada la estrella KIC 8462852 ha copado titulares y tertulias. Esferas de Dyson, civilizaciones alienígenas y la incertidumbre propia de la interpretación de las señales observadas por el telescopio espacial Kepler de la NASA. Situada a unos 1.500 años luz de la Tierra, su curva de luz presenta reducciones de hasta un 22% del brillo de la estrella, que se presentan de forma irregular. Similares a las señales ofrecidas por los discos protoplanetarios en las estrellas jóvenes, o bien esta estrella no es tan vieja como parece, o bien ha ocurrido un evento catastrófico que ha producido un disco de escombros, quizás restos de colisiones entre cometas.
Quizás conviene repasar lo que sabemos sobre esta estrella. El artículo es T. S. Boyajian et al., “Planet Hunters X. KIC 8462852 – Where’s the Flux?,” arXiv:1509.03622 [astro-ph.SR]. Recomiendo leer a Daniel Marín, “La misteriosa estrella KIC 8462852,” Eureka, 14 Oct 2015, y a Santiago Campillo, “¿Qué explicaciones hay tras la misteriosa estrella que parece habitada?,” Hipertextual, 20 Oct 2015. También Kelly Beatty, “The Curious Case of KIC 8462852,” Sky & Telescope, 20 Oct 2015.
Dibujo20151026 flux time series KIC 8462852 showing different portions of the 4-year Kepler observations
Kepler ha estudiado durante unos 4 años un campo de unas 150.000 estrellas en una región del cielo entre las constelaciones del Cisne y la Lira. Toma una imagen cada 30 minutos. Las variaciones del brillo aparente de cada estrella permiten detectar planetas, discos protoplanetarios e, incluso, manchas estelares. Los datos son públicos y el proyecto de astrónomos aficionados Planet Hunters busca exoplanetas mediante el estudio a simple vista de las curvas de luz. El proyecto Planet Hunters ha descubierto unos cien candidatos a exoplanetas. Cuando se analizan las curvas de luz a simple vista se pueden detectar casos exóticos que son descartados por los estudios automáticos mediante ordenador.
La curva de luz de la estrella KIC 8462852 es extraña, interesante, exótica. Esta estrella de magnitud aparente ~12 muestra un brillo casi constante con una caída (un tránsito) de casi un 15% cerca del día 800 (entre los días 788 y 795) y una serie de caídas de brillo tras el día 1500 (entre los días 1510 y 1570), la mayor es enorme, de casi el 22%. Llamaremos a estos sucesos D800 y D1500.
Dibujo20151026 d800 d1500 dips KIC 8462852 Kepler observations
La curva de luz muestra pequeñas fluctuaciones con un periodo de 0,88 días (1,14 ciclos/día), lo que se deduce del análisis espectral del brillo mediante transformada de Fourier. Estas pequeñas variaciones son típicas en las estrellas observadas por Kepler. En este caso, para una estrella de tipo espectral F, implican una velocidad radial de 84 ± 4 km/s, una temperatura efectiva de 6584 ± 279 K, y un radio de 1,46 Rs (radio del Sol). También se observa una variación periódica con periodo entre 10 y 20 días.
El espectro de la estrella se ha observado usando el espectrógrafo FIES montado en el telescopio de 2,56 m NOT (Nordic Optical Telescope) del Observatorio Roque de los Muchachos en La Palma, Islas Canarias, España. Según el espectro la temperatura efectiva de la estrella es 6750 ± 140 K y su velocidad radial de 84 ± 4 km/s, implicando un radio de 1,58 Rs, una masa de 1,43 Ms (masa solar) y un tipo espectral F3.
La figura que abre esta entrada muestra que cerca de la estrella KIC 8462852 hay otra estrella de tipo espectral M2 con una masa 0,4 Ms. No se sabe aún si forman un sistema binario, pero parece estar alejándose a unos 10 km/s. En dicho caso, si nuestra línea de visión fuera exactamente perpendicular a dicha trayectoria, ambas estrellas estuvieron muy cerca hace unos 400 años.
Dibujo20151026 sed for KIC 8462852
Para conocer en más detalle la naturaleza de la estrella KIC 8462852 se puede usar su distribución espectral de energía (SED). Esta técnica permite saber si la estrella es joven o vieja, y si tiene un disco protoplanetario. Como muestra esta figura, los datos espectrométricos para longitudes de onda entre 0,15 y 3, 6 μm se ajustan muy bien a las predicciones teóricas para una estrella de su tipo espectral. No hay emisión infrarroja que se pueda asociar a una disco de materia caliente. Por supuesto, no se puede descartar la existencia de un disco de escombros frío o templado, siempre que sea tenuo.
¿Hay otras estrellas parecidas a estrella KIC 8462852 en el campo de estudio de Kepler? Un estudio sistemático por ordenador indica que se trata de un caso excepcional. ¿Cuál puede ser la explicación de su curva de luz? 
Siendo las tránsitos aperiódicos y dado la gran complejidad del suceso D1500 encontrar una interpretación fiable es muy difícil, casi imposible. Se descarta que se trate de un error sistemático o instrumental.
Dibujo20151027 size vs pericenter parameter space high eccentricity
La astrónoma Tabetha S. Boyajian (Univ. Yale, EEUU) y sus colegas proponen que se están observando objetos con órbitas muy excéntricas en proceso de colisión, produciendo gran cantidad de polvo y escombros. Por pura serendipia Kepler ha observado este fenómeno tan excepcional. Caso de que esta hipótesis fuera confirmada el origen más plausible para la señal observada sería cometario. Un cometa en proceso de fragmentación o una nube de cometas con algunos en colisión mutua. Hay simulaciones numéricas que proponen este proceso y parece que podrían explicar la curva de luz observada. Sin embargo, la ausencia de un exceso en la señal de infrarrojos va en contra de esta explicación. Otros escenarios astrofísicos parecen menos razonables, pero no se pueden descartar.
Dibujo20151027 Asteroid breakups create a lot of dust that spreads over a large volume of space asteroid-breakup-artwork-PIA18469
En resumen, se requieren futuros estudios para dilucidar la explicación de las curvas de luz observadas por Kepler en la estrella KIC 8462852. La explicación más razonable está asociada a una familia de exocometas. Quizás una lluvia de exocometas provocada por el paso de la estrella compañera que se ha observado muy cerca. 
Aunque el proyecto SETI esté interesado en esta estrella, con toda seguridad los hombrecillos verdes no son la explicación correcta de la señal observada.