[论文解读] 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 5

一句话总结

本文认为，布瓦亚然星的异常黯淡与不规则食现象最合理的解释是来自一个中间的、极稀薄的星际介质（ISM）云的遮挡，而非恒星自身的变异性或外星巨型结构。研究表明，此类现象需以每颗恒星约30 Gyr⁻¹的速率发生，才能被开普勒望远镜探测到，这表明尽管该云密度极低且无红外余量，ISM解释在统计上仍是可行的。

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.

研究动机与目标

• 评估在开普勒巡天中探测到布瓦亚然星异常黯淡与食现象的统计可能性。
• 检验红外与亚毫米波段无过量是否排除或支持星际介质（ISM）遮挡假说。
• 评估其他解释的合理性，包括恒星内在变异性、彗星碎片以及外星巨型结构。
• 判断观测到的黯淡与食是否为统计偶然事件，或是否属于一种普遍的天体现象。
• 量化此类异常在开普勒天区中可被探测到的必要发生速率，以评估ISM作为成因的可能性。

提出的方法

• 基于每颗恒星的平均发生率，计算开普勒4年巡天中异常黯淡事件的预期探测率。
• 利用异常持续时间（t_anom ≈ 100 yr）通过泊松统计推导出，为可探测到，每目标需发生率约为30 Gyr⁻¹。
• 应用消光定律（A_V / N_H = 5.3×10⁻²² cm² H⁻¹）估算与观测到的A_V ≈ 0.03一致的中间ISM云的质量与柱密度。
• 利用亚毫米波数据评估约束，将任何未解析云的总质量限制在~0.003 M☉以内。
• 将所需云特性与已知ISM结构进行比较，包括湍流团块的拉尔森标度关系及典型分子云面密度。
• 在假设该异常为罕见事件的前提下，评估其统计显著性，并计算若真实发生率远低于推导出的阈值时的探测概率。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于持续时间约100年的异常黯淡事件，其在开普勒巡天中可被探测到的最低发生率是多少？
• RQ2 布瓦亚然星的观测黯淡与不规则食是否可由一个中间的、低密度星际介质云遮挡来解释？
• RQ3 红外与亚毫米波段无过量是否排除ISM遮挡假说，还是与一个稀薄、未解析的云一致？
• RQ4 考虑到F型星中此类变异性极为罕见，布瓦亚然星的观测行为是统计偶然事件的可能性有多大？
• RQ5 长期黯淡是否为长周期振荡而非长期趋势？这将如何影响所需探测率？

主要发现

• 在假设异常事件持续约100年的情况下，为使布瓦亚然星异常的探测在统计上成立，每颗开普勒目标星的平均发生率需至少达到~30 Gyr⁻¹。
• 一个具有A_V ≈ 0.03且质量约为~0.3 M⊕（0.0003 M☉）的中间ISM云，与观测到的消光及无红外过量一致。
• 由于亚毫米波未检测到信号，该云的质量被限制在≤6×10³⁰ g（~0.003 M☉）以内，这意味着它必须由未解析的亚结构团块组成，以避免被探测到。
• 所需面密度约为~0.5 M☉ pc⁻²，远低于典型分子云（~200 M☉ pc⁻²），表明其为极稀薄、无束缚的结构。
• 若真实发生率远低于~30 Gyr⁻¹，则该异常不太可能是统计偶然事件，但对主序星而言，单一事件的3σ显著性（约1/300的概率）仍属可能。
• 未检测到人工信号，且在数百万颗恒星中均无戴森球存在的证据，进一步削弱了外星巨型结构假说，尽管其初始吸引力较强。