Hurtigt bevægende gas, der strømmer væk fra ung stjerne forårsaget af iskolde kometfordampning

Et unikt stadium af planetarisk systemudvikling er blevet afbildet af astronomer, viser hurtigt bevægende kuliltegas, der strømmer væk fra et stjernesystem over 400 lysår væk, en opdagelse, der giver mulighed for at studere, hvordan vores eget solsystem udviklede sig.

Astronomer har opdaget hurtigt bevægende kuliltegas, der strømmer væk fra en unge, lavmassestjerne:et unikt trin i planetarisk systemudvikling, som kan give indsigt i, hvordan vores eget solsystem udviklede sig, og antyder, at måden, systemerne udvikler sig på, kan være mere kompliceret end tidligere antaget.

Selvom det stadig er uklart, hvordan gassen bliver kastet ud så hurtigt, holdet af forskere, ledet af University of Cambridge, tror, ​​det kan være fremstillet af iskolde kometer, der fordampes i stjernens asteroidebælte. Resultaterne vil blive præsenteret på den virtuelle konference Five Years After HL Tau i december.

Detektionen blev foretaget med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile, som en del af en undersøgelse af unge 'klasse III'-stjerner, rapporteret i et tidligere blad. Nogle af disse klasse III stjerner er omgivet af affaldsskiver, som menes at være dannet af de igangværende kollisioner af kometer, asteroider og andre faste genstande, kendt som planetesimals, i de ydre rækker af nyligt dannede planetsystemer. Støv- og affaldsrester fra disse kollisioner absorberer lys fra deres centrale stjerner og genudstråler denne energi som en svag glød, der kan studeres med ALMA.

I de indre områder af planetsystemer, Planetdannelsesprocesserne forventes at resultere i tab af alt det varmeste støv, og klasse IIII stjerner er dem, der er tilbage med - højst - dæmpede, koldt støv. Disse svage bælter af koldt støv ligner de kendte affaldsskiver, der ses omkring andre stjerner, ligner Kuiperbæltet i vores eget solsystem, som er kendt for at være vært for meget større asteroider og kometer.

I undersøgelsen den pågældende stjerne, 'INGEN Lup', som er omkring 70 % af vores sols masse, viste sig at have en besvimelse, støvet lavmasseskive, men det var den eneste klasse III-stjerne, hvor der blev påvist kuliltegas, en første for denne type unge stjerne med ALMA. Mens det er kendt, at mange unge stjerner stadig er vært for de gasrige planetdannende skiver, de er født med, NO Lup er mere udviklet, og kunne have forventet at have mistet denne urgas, efter at dens planeter var dannet.

Mens påvisning af kuliltegas er sjælden, det, der gjorde observationen unik, var gassens skala og hastighed, hvilket foranledigede en opfølgende undersøgelse for at udforske dens bevægelse og oprindelse.

"Bare det at opdage kuliltegas var spændende, da ingen andre unge stjerner af denne type tidligere var blevet fotograferet af ALMA, " sagde første forfatter Joshua Lovell, en ph.d. studerende fra Cambridge's Institute of Astronomy. "Men da vi så nærmere, vi fandt noget endnu mere usædvanligt:​​i betragtning af hvor langt væk gassen var fra stjernen, det gik meget hurtigere end forventet. Dette havde os forundret i et stykke tid."

Grant Kennedy, Royal Society University Research Fellow ved University of Warwick, der ledede modelarbejdet på undersøgelsen, kom med en løsning på gåden. "Vi fandt en enkel måde at forklare det på:ved at modellere en gasring, men giver gassen et ekstra spark udad, " sagde han. "Andre modeller er blevet brugt til at forklare unge diske med lignende mekanismer, men denne disk er mere som en affaldsskive, hvor vi ikke har set vind før. Vores model viste, at gassen er fuldstændig i overensstemmelse med et scenarie, hvor den bliver sendt ud af systemet med omkring 22 kilometer i sekundet, hvilket er meget højere end nogen stabil omløbshastighed."

Yderligere analyser viste også, at gassen kan blive produceret under kollisioner mellem asteroider, eller i perioder med sublimering - overgangen fra en fast til en gasformig fase - på overfladen af ​​stjernens kometer, forventes at være rig på kulilteis.

Der har for nylig været beviser for den samme proces i vores eget solsystem fra NASAs New Horizons-mission, da den observerede Kuiperbælt-objektet Ultima Thule i 2019 og fandt sublimationsudvikling på kometens overflade, hvilket skete for omkring 4,5 milliarder år siden. Den samme begivenhed, som fordampede kometer i vores eget solsystem for milliarder af år siden, kan derfor være blevet fanget for første gang over 400 lysår væk, i en proces, der kan være almindelig omkring planetdannende stjerner, og har betydning for, hvordan alle kometer, asteroider, og planeter udvikler sig.

"Denne fascinerende stjerne kaster lys over, hvilken slags fysiske processer der former planetsystemer kort efter, de er født, lige efter at de er kommet frem fra at være omsluttet af deres protoplanetariske skive, " sagde medforfatter professor Mark Wyatt, også fra Institut for Astronomi. "Mens vi har set gas produceret af planetesimaler i ældre systemer, forskydningshastigheden, hvormed gas produceres i dette system, og dens udstrømning er ret bemærkelsesværdig, og pege på en fase af planetarisk systemudvikling, som vi er vidne til her for første gang."

Selvom gåden ikke er helt løst, og yderligere detaljeret modellering vil være påkrævet for at forstå, hvordan gassen udstødes så hurtigt, hvad der er sikkert er, at dette system er sat til at være målet for mere intense opfølgningsmålinger.

"Vi håber, at ALMA vil være online igen næste år, og vi vil gøre sagen for at observere dette system igen mere detaljeret, " sagde Lovell. "I betragtning af hvor meget vi har lært om dette tidlige stadium af planetarisk systemudvikling med kun en kort 30-minutters observation, der er stadig så meget mere, som dette system kan fortælle os."