Hvad unge stjerner lærer os om fødslen af ​​vores solsystem

Den velkendte stjerne i midten af ​​vores solsystem har haft milliarder af år til at modnes og i sidste ende levere livgivende energi til os her på Jorden. Men for meget længe siden, vores sol var bare en voksende babystjerne. Hvordan så solen ud, da den var så ung? Det har længe været et mysterium, hvis det løses, kunne lære os om dannelsen af ​​vores solsystem – såkaldt fordi sol er det latinske ord for sol – og andre stjernesystemer, der består af planeter og kosmiske objekter, der kredser om stjerner.

"Vi har opdaget tusindvis af planeter i andre stjernesystemer i vores galakse, men hvor kom alle disse planeter fra? Hvor kom Jorden fra? Det er det, der virkelig driver mig, " siger Catherine Espaillat, hovedforfatter på papiret og en Boston University College of Arts &Sciences lektor i astronomi.

En ny forskningsartikel offentliggjort i Natur af Espaillat og samarbejdspartnere giver endelig nye fingerpeg om, hvilke kræfter der var på spil, da vores sol var i sin vorden, opdage, for første gang, en unikt formet plet på en babystjerne, der afslører ny information om, hvordan unge stjerner vokser.

Når en babystjerne dannes, Espaillat forklarer, den æder støv og gaspartikler, der hvirvler rundt om den i det, der kaldes en protoplanetarisk skive. Partiklerne smækker ind i stjernens overflade i en proces, der kaldes accretion.

"Dette er den samme proces, som solen gik igennem, " siger Espaillat.

Protoplanetariske skiver findes i magnetiserede molekylære skyer, som i hele universet er kendt af astronomer for at være ynglepladser for dannelsen af ​​nye stjerner. Det er blevet teoretiseret, at de protoplanetariske skiver og stjernerne er forbundet med et magnetfelt, og partiklerne følger feltet videre til stjernen. Når partikler kolliderer ind i overfladen af ​​den voksende stjerne, hot spots - som er ekstremt varme og tætte - dannes i fokuspunkterne i akkretionsprocessen.

Ser man på en ung stjerne omkring 450 millioner lysår væk fra Jorden, Espaillat og hendes holds observationer bekræfter, for første gang, nøjagtigheden af ​​astronomernes tilvækstmodeller udviklet til at forudsige dannelsen af ​​hot spots. Disse computermodeller har indtil nu været afhængige af algoritmer, der beregner, hvordan strukturen af ​​magnetiske felter dirigerer partikler fra protoplanetariske diske til at styrte ind i bestemte punkter på overfladen af ​​voksende stjerner. Nu, observerbare data understøtter disse beregninger.

BU-holdet, herunder kandidatstuderende John Wendeborn, og postdoktor Thanawuth Thanathibodee, nærstuderede en ung stjerne kaldet GM Aur, placeret i Taurus-Auriga molekylære sky af Mælkevejen. Det er i øjeblikket umuligt at fotografere overfladen af ​​en så fjern stjerne, Espaillat siger, men andre typer billeder er mulige, da forskellige dele af en stjernes overflade udsender lys i forskellige bølgelængder. Holdet brugte en måned på at tage daglige snapshots af lysbølgelængder, der udsendes fra GM Aurs overflade, kompilering af datasæt af røntgen, ultraviolet (UV), infrarød, og visuelt lys. For at kigge på GM Aur, de stolede på "øjnene" fra NASAs Hubble-rumteleskop, Transiterende Exoplanet Survey Satellite (TESS), Swift Observatory, og Las Cumbres Observatorys globale teleskopnetværk.

Denne særlige stjerne, GM Aur, laver en fuld rotation på cirka en uge, og i den tid forventes lysstyrkeniveauerne at toppe og aftage, efterhånden som det lysere varme punkt vender væk fra Jorden og derefter tilbage rundt for at se mod vores planet igen. Men da holdet først opstillede deres data side om side, de var chokeret over, hvad de så.

"Vi så, at der var en forskydning [i dataene] med en dag, " siger Espaillat. I stedet for at alle lysbølgelængder topper på samme tid, UV-lys var på sit klareste omkring et døgn før alle de andre bølgelængder nåede deres højdepunkt. I første omgang, de troede, de kunne have indsamlet unøjagtige data.

"Vi gennemgik dataene så mange gange, dobbelttjekkede timingen, og indså, at dette ikke var en fejl, " siger hun. De opdagede, at selve hotspottet ikke er helt ensartet, og det har et område inden i sig, der er endnu varmere end resten af ​​det.

"Det varme punkt er ikke en perfekt cirkel ... det er mere som en bue med en del af buen, der er varmere og tættere end resten, " siger Espaillat. Den unikke form forklarer fejljusteringen i lysbølgelængdedataene. Dette er et fænomen i et hot spot, der aldrig tidligere er blevet opdaget.

"Denne [undersøgelse] lærer os, at hot spots er fodspor på stjernens overflade skabt af magnetfeltet, " siger Espaillat. På et tidspunkt, solen havde også varme pletter - anderledes end solpletter, som er områder af vores sol, der er køligere end resten af ​​dens overflade - koncentreret i de områder, hvor den spiste partikler fra en omgivende protoplanetarisk skive af gas og støv.

Til sidst, protoplanetariske skiver forsvinder, efterlader stjerner, planeter, og andre kosmiske objekter, der udgør et stjernesystem, siger Espaillat. Der er stadig beviser for den protoplanetariske skive, der drev vores solsystem, hun siger, findes i eksistensen af ​​vores asteroidebælte og alle planeterne. Espaillat siger, at undersøgelse af unge stjerner, der deler lignende egenskaber med vores sol, er nøglen til at forstå fødslen af ​​vores egen planet.