Hubble fanger skyggespil forårsaget af en mulig planet

Uhyggelige mysterier i universet kan forrådes af simple skygger. Vidunderet ved en solformørkelse frembringes af månens skygge, og over 1, 000 planeter omkring andre stjerner er blevet katalogiseret efter den skygge, de kaster, når de passerer foran deres moderstjerne. Astronomer var overraskede over at se en enorm skygge feje hen over en skive af støv og gas, der omkranser en nærliggende, ung stjerne. De har et fugleperspektiv af disken, fordi den er vippet med ansigtet mod Jorden, og skyggen fejer rundt om skiven som viserne, der bevæger sig rundt om et ur. Men, i modsætning til viserne på et ur, skyggen tager 16 år at lave én rotation.

Hubble har 18 års observationer af stjernen, kaldet TW Hydrae. Derfor, astronomer kunne samle en time-lapse-film af skyggens rotation. At forklare det er en anden historie. Astronomer tror, ​​at en uset planet i skiven udfører nogle tunge løft ved tyngdekraft at trække i materiale nær stjernen og vride den indre del af skiven. Det snoede, forkert justeret indre skive kaster sin skygge hen over overfladen af ​​den ydre skive. TW Hydrae bor 192 lysår væk og er omkring 8 millioner år gammel.

At søge efter planeter omkring andre stjerner er en vanskelig forretning. De er så små og svage, at det er svært at få øje på dem. Men en mulig planet i et nærliggende stjernesystem forråder måske sin tilstedeværelse på en unik måde:af en skygge, der fejer hen over ansigtet af en enorm pandekageformet gas- og støvskive, der omgiver en ung stjerne.

Planeten selv kaster ikke skyggen. Men den udfører nogle tunge løft ved at trække tyngdekraften i materiale nær stjernen og vride den indre del af skiven. Det snoede, forkert justeret indre skive kaster sin skygge hen over overfladen af ​​den ydre skive.

Et hold af astronomer ledet af John Debes fra Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, sige, at dette scenarie er den mest plausible forklaring på den skygge, de så i stjernesystemet TW Hydrae, ligger 192 lysår væk i stjernebilledet Hydra, også kendt som den kvindelige vandslange. Stjernen er omkring 8 millioner år gammel og lidt mindre massiv end vores sol. Forskerne afslørede fænomenet, mens de analyserede 18 års arkivobservationer taget af NASAs Hubble-rumteleskop.

"Dette er den allerførste disk, hvor vi har så mange billeder over så lang en periode, derfor giver os mulighed for at se denne interessante effekt, " sagde Debes. "Det giver os håb om, at dette skyggefænomen kan være ret almindeligt i unge stjernesystemer."

Debes vil præsentere sit holds resultater 7. januar på vintermødet i American Astronomical Society i Grapevine, Texas.

Debes' første ledetråd til fænomenet var en lysstyrke i disken, der ændrede sig med positionen. Astronomer, der brugte Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) bemærkede først denne lysstyrkesymmetri i 2005. Men de havde kun ét sæt observationer, og kunne ikke træffe en endelig afgørelse om mysteriets art.

Søger i arkivet, Debes' team sammensatte seks billeder fra flere forskellige epoker. Observationerne blev foretaget af STIS og af Hubbles Near Infrared Camera og Multi-Object Spectrometer (NICMOS).

STIS er udstyret med en koronagraf, der blokerer stjernelys inden for omkring 1 milliard miles fra stjernen, giver Hubble mulighed for at se så tæt på stjernen, som Saturn er på vores sol. Over tid, strukturen så ud til at bevæge sig mod uret rundt om disken, så længe, i 2016, det var i samme position som det var på billeder taget i 2000.

Denne 16-årige periode undrede forskerne. De troede oprindeligt, at funktionen var en del af disken, men den korte periode betød, at funktionen bevægede sig alt for hurtigt til at være fysisk på disken. Under tyngdelovene, skiver roterer med glaciale hastigheder. De yderste dele af TW Hydrae-skiven ville tage århundreder at fuldføre en rotation.

"Det faktum, at jeg så den samme bevægelse over 10 milliarder miles fra stjernen, var ret betydeligt, og fortalte mig, at jeg så noget, der var indprentet på den ydre disk i stedet for noget, der skete direkte på selve disken, " sagde Debes. "Den bedste forklaring er, at funktionen er en skygge, der bevæger sig hen over overfladen af ​​disken."

Forskerholdet konkluderede, at hvad der end gjorde skyggen, måtte være dybt inde i den 41 milliarder kilometer brede skive, så tæt på stjernen, at den ikke kan afbildes af Hubble eller noget andet nutidigt teleskop. Den mest sandsynlige måde at skabe en skygge på er at have en indre skive, der vippes i forhold til den ydre skive. Faktisk, submillimeterobservationer af TW Hydrae af Atacama Large Millimeter Array (ALMA) i Chile antydede en mulig skævhed i den indre skive.

Men hvad får diske til at skæve? "Det mest plausible scenarie er gravitationspåvirkningen fra en uset planet, som trækker materiale ud af skivens plan og vrider den indre skive, Debes forklarede. "Den forkert justerede skive er inde i planetens kredsløb."

I betragtning af den relativt korte 16-årige periode med den urlignende bevægelige skygge, planeten anslås at være omkring 100 millioner miles fra stjernen - omtrent lige så tæt som Jorden er fra solen. Planeten ville være nogenlunde på størrelse med Jupiter for at have nok tyngdekraft til at trække materialet op af hovedskivens plan. Planetens tyngdekraft får skiven til at vakle, eller præcess, omkring stjernen, giver skyggen dens 16-årige rotationsperiode.

Nylige observationer af TW Hydrae af ALMA i Chile tilføjer troværdighed til tilstedeværelsen af ​​en planet. ALMA afslørede et hul i disken omkring 9 millioner miles fra TW Hydrae. Et hul er betydeligt, fordi det kunne være signaturen på en uset planet, der fjerner en sti i skiven.

Denne nye Hubble-undersøgelse tilbyder en unik måde at lede efter planeter, der gemmer sig i den indre del af skiven, og undersøge, hvad der sker meget tæt på stjernen, som ikke er tilgængelig ved direkte billeddannelse med nuværende teleskoper. "Det overraskende er, at vi kan lære noget om en uset del af disken ved at studere diskens ydre område og ved at måle bevægelsen, Beliggenhed, og opførsel af en skygge, " sagde Debes. "Denne undersøgelse viser os, at selv disse store diske, hvis indre områder er uobserverbare, er stadig dynamiske, eller ændre sig på sporbare måder, som vi ikke havde forestillet os."