[論文レビュー] The High Rate of the Boyajian's Star Anomaly as a Phenomenon

Brian C. Lacki|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 52被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、ボヤジャン星の異常な減光と不規則な食が、星間物質（ISM）雲による遮蔽によって最も説明可能であると主張している。このISM雲は非常に希薄であるが、赤外線過剰が認められないことから、地球外のメガ構造とは異なり、統計的にも妥当な説明である。Keplerの観測で検出可能となるには、1つの星あたり年率約30 Gyr⁻¹の頻度で発生する必要があると示され、この希薄な雲でも統計的に成立する。

ABSTRACT

Boyajian's Star (KIC 8462852) undergoes mysterious, irregular eclipses that aren't yet explained. It also appears to have dimmed over a time of several years, possibly decades. I show that Kepler's detection of a phenomenon with a duration of t_anom is only expected if it occurs at a mean rate of >~ 30 Gyr^(-1) (t_anom / 100 yr)^(-1) for each Kepler target and K2 star. If true, the phenomenon occurs hundreds of times during the lifespan of its host stars. Obscuration by the interstellar medium remains a plausible explanation, since it doesn't actually affect the host star. An intervening cloud is consistent with the lack of an observed submillimeter excess but would be abnormally dilute.

研究の動機と目的

• Kepler調査におけるボヤジャン星の異常な減光と食の統計的検出可能性を評価すること。
• 赤外線およびサブミリ波長での過剰が認められないという事実が、星間物質（ISM）遮蔽仮説を排除するか、支持するかを検証すること。
• 内在的星の変動、コメットの破片、地球外のメガ構造といった代替説の妥当性を評価すること。
• 観測された減光と食が統計的偶然か、共通の天体物理学的現象の一部であるかを特定すること。
• Keplerのフィールドで検出可能となるために必要な異常発生レートを定量化し、ISMが原因である可能性を示唆すること。

提案手法

• 100年程度の異常持続期間（t_anom ≈ 100 yr）を仮定し、ポisson統計に基づいて、Keplerの4年間の調査で検出可能となるために必要な発生レート（約30 Gyr⁻¹/星）を導出する。
• 観測されたA_V ≈ 0.03に一致するように、A_V / N_H = 5.3×10⁻²² cm² H⁻¹の消光則を用いて、関与するISM雲の質量および密度を推定する。
• サブミリ波長での非検出結果を用い、解明不能な雲の全質量を約0.003 M☉まで制限する。
• Larsonの乱流クラスターのスケーリング則および一般的な分子雲の表面密度と比較し、雲の性質を評価する。
• 異常発生が非常にまれな出来事であると仮定し、真の発生率が導出された閾値よりも著しく低い場合の検出確率を計算することで、統計的有意性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 100年程度の持続期間を有する異常な減光イベントがKepler調査で検出可能となるために必要な最小発生頻度はどの程度か？
• RQ2 ボヤジャン星の観測された減光と不規則な食は、間接的な低密度星間物質（ISM）雲による遮蔽によって説明可能か？
• RQ3 赤外線およびサブミリ波長での過剰が認められないという事実は、ISM遮蔽仮説を排除するものか、それとも希薄で解像不能なクラスターから成る雲と整合的か？
• RQ4 F型星においてこのような変動が極めてまれであることを考慮すると、ボヤジャン星の観測行動が統計的偶然である可能性はどの程度か？
• RQ5 長期的な減光は、恒常的傾向ではなく長周期振動である可能性があり、その場合、必要な検出頻度にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 100年間の異常持続期間を仮定した場合、ボヤジャン星の異常を統計的に妥当に説明するには、1つのKeplerターゲットあたり年率で少なくとも約30 Gyr⁻¹の発生頻度が必要である。
• A_V ≈ 0.03で質量が約0.3 M⊕（0.0003 M☉）の間接的ISM雲は、観測された減光と赤外線過剰の欠如と整合的である。
• サブミリ波長での非検出結果により、雲の質量は≤6×10³⁰ g（約0.003 M☉）に制限され、検出されない小クラスターの集合でなければならない。
• 必要な表面密度は約0.5 M☉ pc⁻²であり、典型的な分子雲（約200 M☉ pc⁻²）と比べて著しく低い。これは極めて希薄で束縛されていない構造を示唆する。
• 真の発生率が約30 Gyr⁻¹よりも著しく低い場合、この異常は統計的偶然である可能性は低いが、主系列星において1回の出来事として3σの有意水準（約1/300の確率）ではまだ可能である。
• 人工的信号の欠如および数百万の星においてドーソン・スフィアの証拠が認められないことから、地球外のメガ構造仮説は初期の直感的誘因とは対照的に、さらに否定的である。