En su búsqueda de planetas extrasolares, el telescopio espacial Kepler busca estrellas cuyo flujo de luz se atenúe periódicamente, señalando el paso de un planeta en órbita frente a la estrella. Pero el momento y la duración de los episodios de flujo de luz disminuidos que Kepler detectó provenientes de KIC 846852, conocida como la estrella de Tabby, son un misterio. Estos eventos de atenuación varían en magnitud y no ocurren a intervalos regulares, haciendo de un planeta en órbita una explicación poco probable. La fuente de estos eventos de atenuación inusuales es objeto de intensa especulación.

Sugerencias de astrónomos, astrofísicos, y los aficionados a la observación de estrellas han ido desde cinturones de asteroides hasta actividad alienígena.

Ahora, un equipo de científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, el estudiante graduado de física Mohammed Sheikh, trabajando con los profesores Karin Dahmen y Richard Weaver, ofrece una solución completamente nueva al rompecabezas estelar de Tabby. Sugieren que las variaciones de luminosidad pueden ser intrínsecas a la propia estrella. La estrella de Tabby es en la mayoría de los aspectos una estrella estándar de clase F, ubicado en la constelación de Cygnus, aproximadamente 1, 276 años luz de la Tierra. Su curva de luz inusual, el gráfico de su intensidad de luz en función del tiempo, muestra eventos de atenuación intensos de hasta un 20 por ciento. puntuado con eventos de atenuación irregulares más pequeños.

Weaver comenta, "Hay algunos signos reveladores de ocultación, o atenuación por un cuerpo independiente que bloquea la vista. La más importante es la periodicidad. En la estrella de Tabby los eventos pequeños y grandes no son periódicos, no ocurren a 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 durante los intervalos de tiempo entre las avalanchas más grandes, equiparado a los eventos de atenuación más grandes. Los eventos de atenuación pequeños vienen en una gama de tamaños notablemente amplia, que se distribuyen de acuerdo con una simple ley de escala. Estos resultados sugieren que los eventos de atenuación pueden ser intrínsecos a la estrella de Tabby y 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 mediano a lo largo 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 sólidas respecto al lugar donde elegimos el umbral, por lo que el valor exacto no es importante. Lo importante es que obtengamos 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 de nuevo 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 la duración del evento. También miramos la densidad espectral de potencia, que está relacionado con la cantidad de potencia por unidad de frecuencia que contiene la curva de luz.

"Básicamente, estamos viendo las distribuciones estadísticas de las fluctuaciones. Todas estas cosas tienen leyes de poder asociadas. 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. Entonces, 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. Las leyes de potencia 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 se acerca o se aleja.

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 escalado de eventos pequeños puntuado por eventos más grandes es típico de los sistemas cerca de una transición de fase. Ella 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 mayores que abarcan 12 décadas de duración. También se observan tipos similares de avalanchas en avalanchas de activación de neuronas en el cerebro, en sistemas magnéticos, y en muchos otros sistemas de materia condensada.

"Sabemos por otros sistemas cerca de las transiciones de fase de no equilibrio que un sistema puede tener eventos pequeños que muestran escalado de la ley de potencia y eventos grandes que tienen diferentes dinámicas, "Dahmen explica." Ejemplos de tales transiciones son los sistemas magnéticos que son impulsados ​​lentamente por un campo magnético, o la deformación lenta de materiales algo quebradizos donde a menudo hay un pequeño 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 que los grandes eventos sería el análogo del gran chasquido, ", continúa." Nuestro modelo de campo medio en realidad es capaz de dar cuenta de ambos, eventos pequeños y grandes. Tiene un mecanismo de 'debilitamiento' incorporado que explica por qué debería haber dos tipos de avalanchas ".

Si los eventos de atenuación están asociados con una transición de fase próxima, ¿Hacia qué estaría haciendo la transición 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 transición es esta. No tenemos un conocimiento lo suficientemente profundo como para obtener una respuesta definitiva, y se requieren más observaciones. Solo podemos especular sobre cuál sería dicha transición ".

"Es importante tener en cuenta que la falta de periodicidad por sí sola no es suficiente para descartar la ocultación. Esa es parte de la razón por la que las teorías como los cometas o los desechos planetarios son tan populares. No podemos descartar definitivamente estas cosas con nuestros hallazgos, pero podemos decir que las leyes de potencia que hemos obtenido son más consistentes con la variación intrínseca ".

Dahmen agrega, "Nuestro trabajo proporciona un marco sobre cómo analizar los datos y quizás incluso clasificar las estrellas en cuanto a qué tan cerca o qué tan lejos están las estrellas de dicha transición. Estas herramientas de análisis estadístico se han probado y se han aplicado con éxito al ruido de avalanchas en sistemas magnéticos y deformación plástica Estamos transportando estas herramientas a la astrofísica para aprender más sobre la dinámica de las estrellas y, finalmente, comparar diferentes estrellas.

"Como siguiente paso, creemos que se debería aplicar el mismo tipo de análisis 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 las curvas de luz en estas estrellas para aprender algo sobre los procesos dinámicos que tienen lugar dentro de la estrella ".

Esta investigación aparece en la edición del 19 de diciembre de Cartas de revisión física .