Tabbys Stern: die flackernde Sonne, die Astronomen das verbotene Wort sagen ließ
Zwischen 2009 und 2013 hielt das Weltraumteleskop Kepler der NASA einen einzigen Himmelsausschnitt unter ununterbrochener Beobachtung. Sein Blickfeld umfasste rund 150.000 Sterne in der Nähe des Sternbilds Schwan, und seine Aufgabe war es, jene schwachen, regelmäßigen Lichtschwankungen aufzufangen, die einen Planeten verraten, der vor seiner Sonne vorbeizieht. Die dabei auftretende Verdunkelung ist winzig. Selbst ein Riese von der Größe des Jupiter blockiert nur etwa ein Prozent des Sternenlichts, und das Instrument war gebaut, um weit kleinere Änderungen zu messen. Die Datenmenge war zu groß, als dass das Missionsteam sie mit dem Auge hätte prüfen können, und so lud ein Bürgerwissenschaftsprojekt namens Planet Hunters die Öffentlichkeit ein, die Lichtkurven durchzusehen. Es waren diese Freiwilligen, ganz gewöhnliche Menschen an ihren Tastaturen, die im Archiv immer wieder denselben Stern einkreisten und dieselben ratlosen Notizen danebensetzten. Der Stern war KIC 8462852, ein Hauptreihenstern vom Typ F in etwa 1.470 Lichtjahren Entfernung, etwas heißer und größer als die Sonne und in jeder anderen Hinsicht unauffällig.
Sein Licht verhielt sich wie nichts sonst im Katalog. Statt eines flachen Einbruchs, der sich nach festem Fahrplan wiederholt, brach die Helligkeit in zerklüfteten, unsymmetrischen Stürzen ein. Um den 792. Missionstag verlor der Stern etwa 15 Prozent seines Lichts. Um den 1519. Tag verlor er erstaunliche 22 Prozent. Um diese Ereignisse herum und dazwischen kam eine Reihe kleinerer, unregelmäßiger Einbrüche, manche über wenige Tage, andere über Wochen gestreckt, in Abständen ohne erkennbaren Rhythmus. Manche fielen steil und erholten sich langsam, andere umgekehrt. Ein Planet erzeugt denselben sauberen Einbruch nach demselben starren Fahrplan, weil er eine Kugel auf fester Bahn ist. Was immer vor diesem Stern vorbeizog, blockierte fast ein Viertel seines Lichts, zu unvorhersehbaren Zeiten und in Formen, die keine umlaufende Kugel hervorbringen kann.
Die Astronomin Tabetha Boyajian, damals in Yale, leitete die erste ernsthafte Untersuchung des Objekts. Die 2015 veröffentlichte Arbeit trug den freimütigen Arbeitstitel Wo ist der Fluss, der dem Stern den Spitznamen gab, den er unter Forschern bis heute trägt, neben dem geläufigeren Tabbys Stern. Ihr Team arbeitete die natürlichen Erklärungen eine nach der anderen ab. Ein Instrumentenfehler wurde ausgeschlossen; die Einbrüche waren echt und kein Defekt in Keplers Photometrie. Ein junger Stern, noch in eine warme Scheibe planetenbildenden Staubs gehüllt, würde im Infraroten leuchten, doch Nachfolgebeobachtungen fanden kein solches Überschussleuchten, was ein junges, staubiges System ausschloss. Interstellare Trümmer, ein vorbeiziehender Einzelgängerplanet und ein verformter Begleitstern scheiterten jeweils an der Prüfung. Die stärkste verbliebene Möglichkeit war ein gewaltiger Schwarm riesiger Kometen, zerrissen und entlang einer exzentrischen Bahn aufgereiht, und die Arbeit selbst räumte ein, dass sogar diese Erklärung gezwungen wirkte.
Dann brachte Jason Wright, Astronom an der Penn State University, jene Möglichkeit zu Papier, die andere Forscher gemieden hatten. Tiefe, zerklüftete, unregelmäßige Einbrüche, merkte er an, wären auch mit einem Schwarm gewaltiger künstlicher Strukturen im Orbit um den Stern vereinbar, jenen lichtsammelnden Flächen, die Physiker einen Dyson-Schwarm nennen. Wright stellte die Idee ausdrücklich als Hypothese des letzten Auswegs dar, die eine ordentliche Prüfung gerade deshalb verdiene, damit man sie ausschließen könne, und nicht als Behauptung, dass solche Strukturen existierten. Die Presse war weit weniger sorgfältig. Der Ausdruck Stern der außerirdischen Megastruktur ging um die Welt, und KIC 8462852 wurde für kurze Zeit der berühmteste Stern der Galaxis.
Die Prüfung wurde durchgeführt. Das SETI-Institut richtete sein Allen Telescope Array in Kalifornien auf den Stern und suchte nach Radiostrahlung technologischen Ursprungs. Das Projekt Breakthrough Listen lauschte später mit dem Green-Bank-Teleskop in West Virginia über einen weiten Frequenzbereich. Keine der beiden Suchen fand ein künstliches Signal irgendeiner Art.
Während diese Arbeit lief, wurde die natürliche Seite des Rätsels verwickelter. Der Astronom Bradley Schaefer untersuchte Harvards Sammlung fotografischer Glasplatten, auf denen Observatorien den Himmel über mehr als ein Jahrhundert festgehalten hatten. Beim Vergleich von Aufnahmen von KIC 8462852 über die Jahrzehnte berichtete er, der Stern sei zwischen 1890 und 1989 um rund 15 Prozent verblasst. Die Behauptung wurde sofort bestritten. Andere Forscher, die mit denselben Platten arbeiteten, hielten das scheinbare Verblassen für ein Artefakt der Art, wie alte fotografische Emulsionen kalibriert und gehandhabt wurden, und der Streit ist bis heute nicht endgültig beigelegt. Danach analysierte ein anderes Team Keplers eigene präzise Messungen und fand, dass der Stern sogar innerhalb der vier Missionsjahre messbar schwächer wurde, ein langsamer Rückgang, der unter den dramatischen Einbrüchen lag.
Die Frage zu entscheiden verlangte, einen Einbruch im Moment seines Geschehens einzufangen, mit Instrumenten, die das Licht bei mehr als einer Wellenlänge messen konnten. Kepler konnte das nicht. Es hatte die Helligkeit in einem einzigen breiten Band aufgezeichnet, und alle Einbrüche waren erst lange nach dem Ereignis gefunden worden. Boyajian, die das Rätsel inzwischen einem sehr großen Publikum in einem TED-Vortrag mit dem Titel Der geheimnisvollste Stern im Universum erklärt hatte, wandte sich an die Schwarmfinanzierung. Eine Kickstarter-Kampagne sammelte etwa hunderttausend Dollar von Tausenden kleiner Unterstützer, genug, um Beobachtungszeit am Las-Cumbres-Observatorium zu kaufen, einem weltweiten Netz robotischer Teleskope, das den Stern nahezu ununterbrochen im Blick behalten und in dem Augenblick reagieren konnte, in dem er zu verblassen begann.
Im Mai 2017 kam der Stern entgegen. Er begann eine neue Reihe von Einbrüchen, die die Beobachter Elsie, Celeste, Skara Brae und Angkor nannten. Keiner war so tief wie die großen Kepler-Ereignisse, der größte erreichte nur wenige Prozent. Doch diesmal wurden die Messungen in mehreren Farben zugleich vorgenommen, während das Licht fiel. Das Ergebnis war entscheidend. Ein fester, undurchsichtiger Körper, ob Planet oder Platte, blockiert jede Farbe des Lichts gleichermaßen und wirft einen flachen grauen Schatten. Diese Einbrüche waren durchweg tiefer im blauen Licht als im roten. Das ist die Signatur feinen Staubs, dessen winzige Körner blaues Licht zur Seite streuen und röteres hindurchlassen. Die Arbeiten, die das Ergebnis 2018 berichteten, waren eindeutig: Der Stern wird von gewöhnlichem Staub verschleiert, in Wolken, die viel zu dünn und durchscheinend sind, um eine feste Struktur irgendeiner Art zu sein.
Der Stern hat seither weiter Einbrüche gezeigt und wurde weiter beobachtet. Die Langzeitüberwachung bestätigt, dass die Verdunkelung auf mehreren Zeitskalen zugleich geschieht, von tagelangen Einbrüchen bis zu langsamen Rückgängen und Erholungen über Monate und Jahre. Was die Beobachtungen nicht geliefert haben, ist eine Quelle. Staub um einen reifen Stern dieses Typs sollte nicht bestehen bleiben. Er wird nach innen gezogen oder nach außen gedrückt, auf Zeitskalen, die im Vergleich zum Leben eines Sterns kurz sind, sodass ein dauerhafter Schleier etwas erfordert, das ständig frische Körner nachliefert. Etwas Derartiges wurde nicht gefunden.
Schlussfolgerungen und offene Fragen
Die Messung von 2018 schloss eine Frage und ließ die größere offen. Vier natürliche Erklärungen bleiben im Spiel, jede mit einer echten Stärke und einer hartnäckigen Schwäche.
Die Exokometen-Hypothese, die Boyajian und der Astronom Massimo Marengo bevorzugen, besagt, dass eine Familie großer Kometen langsam zerfällt und Staub abwirft, während sie nahe am Stern vorbeizieht. Ihre Stärke ist, dass Kometen tatsächlich Staub erzeugen und tatsächlich exzentrische Bahnen ziehen. Ihre Schwäche ist arithmetisch: Die Zahl der Kometen, die nötig wäre, um ein Fünftel des Sternenlichts zu blockieren, ist maßlos.
Eine zweite Theorie besagt, die Trümmer stammten von einem Mond oder kleinen Planeten, der bei einem jüngeren Zusammenstoß zerrissen wurde und sich nun selbst zu Pulver zermahlt. Eine einzige Katastrophe könnte auf einen Schlag gewaltige Staubmengen liefern. Ihre Schwäche ist, dass solche Ereignisse selten sein und abklingen sollten, während dieser Stern weiter einbricht.
Eine dritte Idee, von Wright und anderen vorgebracht, lautet, der Staub befinde sich gar nicht nahe am Stern, sondern treibe im interstellaren Raum zwischen ihm und uns, ein kalter Klumpen, durch den wir zufällig hindurchblicken. Das umgeht das Problem des fehlenden Infrarots elegant. Dagegen spricht, dass die nötige Ausrichtung ein großer Zufall wäre und die Idee schwer zu prüfen ist.
Ein vierter Vorschlag, vom Theoretiker Brian Metzger und Kollegen, lautet, der Stern habe in relativ junger Vergangenheit einen Planeten verschluckt, sei kurz heller geworden und kehre nun langsam zur Normalität zurück, umgeben von den Trümmern. Er hat den Vorzug, ein langes, langsames Verblassen zu erklären. Er verlangt zugleich, dass wir ein seltenes Ereignis genau im richtigen Moment erwischt haben.
Wrights Dyson-Schwarm überlebt nur als klar minoritäre offene Theorie. Manche argumentieren, eine hinreichend poröse oder staubumhüllte künstliche Struktur könne im Prinzip eine farbabhängige Verdunkelung nachahmen, doch dafür gibt es keinen Beleg, die Radiosuchen blieben negativ, und die vorherrschende Lesart ist, dass die Farbmessungen die Megastruktur vom Tisch genommen haben. Wright hatte sie als etwas vorgeschlagen, das auszuschließen sei, und die Beobachtungen haben sie ausgeschlossen.
Wirklich ungeklärt bleibt die Herkunft des Staubs. Warum sollte ausgerechnet dieser Stern, und offenbar kein anderer seiner Art, hinter einem wechselnden Schleier von Körnern sitzen, der sich immer wieder erneuert? Warum kommt die Verdunkelung in Klumpen statt als gleichmäßiger Dunst? Das hundertjährige Verblassen auf den Harvard-Platten bleibt auf andere Weise ungelöst. Entweder haben uns die alten Platten getäuscht, oder zwei verschiedene Mechanismen wirken auf denselben Stern, und keine der beiden Antworten ist bequem.
Eine Theorie besagt, die wahre Antwort sei eine Kombination: ein zertrümmerter Körper, der einen Kometenschwarm speist, oder eine jüngere Planetenkatastrophe, deren Trümmer sich in Echtzeit vor uns verteilen. Es lohnt auch die Frage, ob KIC 8462852 überhaupt einzigartig ist oder ob solche Sterne häufig sind und nur kein anderer nahe genug und lange genug beobachtet wurde, um es zu bemerken. Die ehrliche Position ist die, die das Licht selbst stützt: Der Schleier besteht aus Staub, und woher der Staub kommt, ist unbekannt.