p Em sua busca por planetas extrasolares, o telescópio espacial Kepler procura estrelas cujo fluxo de luz diminui periodicamente, sinalizando a passagem de um planeta em órbita na frente da estrela. Mas o tempo e a duração dos episódios de fluxo de luz diminuído que o Kepler detectou vindo de KIC 846852, conhecido como estrela do Tabby, são um mistério. Esses eventos de escurecimento variam em magnitude e não ocorrem em intervalos regulares, tornando um planeta em órbita uma explicação improvável. A fonte desses eventos incomuns de escurecimento é objeto de intensa especulação. p Sugestões de astrônomos, astrofísicos, e os astrônomos amadores variam de cinturões de asteróides a atividades alienígenas.

p Agora, uma equipe de cientistas da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign - estudante de graduação em física Mohammed Sheikh, trabalhar com os professores Karin Dahmen e Richard Weaver - oferecer uma solução inteiramente nova para o quebra-cabeça da estrela do gato malhado. Eles sugerem que as variações de luminosidade podem ser intrínsecas à própria estrela. A estrela de Tabby é, em muitos aspectos, uma estrela de classe F padrão, localizado na constelação de Cygnus, aproximadamente 1, 276 anos-luz da Terra. Sua curva de luz incomum - o gráfico de sua intensidade de luz em função do tempo - mostra eventos intensos de escurecimento de até 20 por cento, pontuado com eventos menores de escurecimento irregular.

p Weaver comenta, "Existem alguns sinais reveladores de ocultação, ou escurecimento por um corpo independente bloqueando a visão. O mais importante é a periodicidade. Na estrela de Tabby, os eventos pequenos e grandes não são periódicos - eles não ocorrem em intervalos regulares - e este é um dos mistérios centrais da curva de luz. "

p A equipe de Illinois aplicou uma análise estatística às variações irregulares menores da curva de luz. O que eles descobriram é um padrão matemático consistente com um modelo de avalanche bem estabelecido:os eventos de escurecimento menores são o "ruído crepitante" ou pequenas avalanches que são observadas durante os intervalos de tempo entre as avalanches maiores, igualados aos eventos de escurecimento maiores. Os pequenos eventos de escurecimento vêm em uma ampla variedade de tamanhos, que são distribuídos de acordo com uma lei de escala simples. Esses resultados sugerem que os eventos de escurecimento podem ser intrínsecos à estrela de Tabby e que a estrela pode estar perto do ponto crítico de uma transição de fase contínua subjacente.

p Sheikh realizou os cálculos para a análise dos dados observacionais. Ele explica o método matemático, que começa estabelecendo um limite de escurecimento médio ao longo da curva de luz.

p “O limiar é um artifício a que recorremos para definir o que é uma avalanche no contexto da curva de luz. Na verdade, as estatísticas são bastante robustas para onde escolhemos o limite, portanto, o valor exato não é importante. O importante é termos avalanches suficientes para fazer estatísticas.

p Uma vez que a curva de luz cai abaixo do limite, consideramos tal evento o início de uma avalanche. Enquanto a curva de luz permanece abaixo do limite, a avalanche continua, e para quando aumenta novamente para um valor acima do limite. "

p Avalanches têm duas propriedades principais, tamanho e duração. O tamanho é a área total delimitada pela curva de luz (abaixo do limite) e o limite.

p O tamanho da avalanche, "continua Sheik, "está relacionado à diminuição líquida na energia emitida pela estrela durante o evento de escurecimento, quando comparado a uma taxa de emissão constante da estrela, ou o valor limite constante. A duração da avalanche é a duração do evento. Também olhamos para a densidade espectral de potência, que está relacionado a quanta potência por unidade de frequência está contida na curva de luz.

p "Basicamente, estamos olhando para as distribuições estatísticas das flutuações. Todas essas coisas têm leis de potência associadas a elas. Isso nos dá uma maneira independente de interpretar os eventos e verificar a consistência com o modelo. "

p As leis de potência têm a característica interessante de serem iguais em escalas diferentes. Portanto, quando você aumenta o zoom em escalas pequenas e tempos curtos, obtém os mesmos tipos de distribuições estatísticas de quando você diminui o zoom em escalas maiores e tempos mais longos. As leis de potência refletem a auto-similaridade do sistema em uma ampla gama de escalas de comprimento e tempo - semelhantes aos fractais - que parecem iguais quando você aumenta ou diminui o zoom.

p Significativamente, as estatísticas dos eventos de escurecimento menores da estrela de Tabby são consistentes com as previsões de uma teoria de escala. Em seu corpo de pesquisa, Dahmen estabeleceu que um padrão de escala de eventos pequenos pontuado por eventos maiores é típico de sistemas próximos a uma transição de fase. Ela viu isso na dinâmica de deformação intermitente dos nanocristais, as estatísticas de eventos de vidros metálicos, rochas, e materiais granulares, e em terremotos em escalas muito maiores que abrangem 12 décadas de duração. Tipos semelhantes de avalanches também são vistos em neurônios disparando avalanches no cérebro, em sistemas magnéticos, e em muitos outros sistemas de matéria condensada.

p "Sabemos de outros sistemas próximos a transições de fase de não-equilíbrio que um sistema pode ter pequenos eventos que mostram escala de lei de potência e grandes eventos que têm dinâmicas diferentes, "Dahmen explica." Exemplos de tais transições são sistemas magnéticos que são acionados lentamente com um campo magnético, ou a deformação lenta de materiais um tanto frágeis, onde geralmente há um pequeno estalido que fica cada vez mais alto até que haja um grande estalo quando o material se quebra. "" Os pequenos eventos em nossa análise estelar seriam como pequenos estalos enquanto grandes eventos seria o análogo do big snap, "ela continua." Nosso modelo de campo médio é realmente capaz de dar conta de ambos, eventos pequenos e grandes. Ele tem um mecanismo de 'enfraquecimento' embutido que explica por que deveria haver dois tipos de avalanches. "

p Se os eventos de escurecimento estiverem associados a uma transição de fase que se aproxima, para onde a estrela estaria em transição e em que período de tempo? Weaver explica, "À medida que mais dados estão sendo analisados, esperamos que seja possível identificar exatamente que tipo de transição é essa. Não temos um conhecimento profundo o suficiente para obter uma resposta definitiva, e mais observações são necessárias. Só podemos especular sobre o que seria essa transição. "

p "É importante observar - a falta de periodicidade por si só não é suficiente para descartar a ocultação. Essa é parte da razão pela qual teorias como cometas ou detritos planetários são tão populares. Não podemos descartar definitivamente essas coisas com nossas descobertas, mas podemos dizer que as leis de potência que obtivemos são mais consistentes com a variação intrínseca. "

p Dahmen acrescenta, "Nosso trabalho fornece uma estrutura sobre como analisar os dados e talvez até mesmo classificar as estrelas em quão próximas ou distantes as estrelas estão de tal transição. Essas ferramentas de análise estatística foram testadas e aplicadas com sucesso ao ruído de avalanche em sistemas magnéticos e deformação plástica. Estamos transportando essas ferramentas para a astrofísica para aprender mais sobre a dinâmica das estrelas e, eventualmente, para comparar estrelas diferentes.

p "Como próximo passo, acreditamos que o mesmo tipo de análise deve ser aplicado a outras estrelas para ver o quão universais essas estatísticas de flutuação são entre as estrelas que já são conhecidas. Em outras palavras, usaríamos as estatísticas de ruído nas curvas de luz em essas estrelas para aprender algo sobre os processos dinâmicos que estão acontecendo dentro da estrela. "

p Esta pesquisa foi publicada na edição de 19 de dezembro de Cartas de revisão física .