Een uniek stadium van de evolutie van planetenstelsels is door astronomen in beeld gebracht, met snel bewegend koolmonoxidegas dat wegstroomt van een sterrenstelsel op meer dan 400 lichtjaar afstand, een ontdekking die de mogelijkheid biedt om te bestuderen hoe ons eigen zonnestelsel zich heeft ontwikkeld.

Astronomen hebben snel bewegend koolmonoxidegas gedetecteerd dat wegstroomt van een jonge, ster met een lage massa:een uniek stadium van de evolutie van het planetaire systeem die inzicht kan geven in hoe ons eigen zonnestelsel is geëvolueerd en suggereert dat de manier waarop systemen zich ontwikkelen misschien ingewikkelder is dan eerder werd gedacht.

Hoewel het onduidelijk blijft hoe het gas zo snel wordt uitgestoten, het team van onderzoekers, geleid door de Universiteit van Cambridge, denk dat het kan worden geproduceerd door ijzige kometen die worden verdampt in de asteroïdengordel van de ster. De resultaten worden gepresenteerd op de virtuele conferentie Five Years After HL Tau in december.

De detectie is gedaan met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili, als onderdeel van een onderzoek onder jonge 'klasse III'-sterren, gemeld in een eerdere krant. Sommige van deze klasse III-sterren zijn omgeven door puinschijven, die worden verondersteld te worden gevormd door de aanhoudende botsingen van kometen, asteroïden en andere vaste objecten, bekend als planetesimalen, in de buitenste regionen van recent gevormde planetenstelsels. Het overgebleven stof en puin van deze botsingen absorbeert het licht van hun centrale sterren en straalt die energie opnieuw uit als een zwakke gloed die met ALMA kan worden bestudeerd.

In de binnenste regionen van planetenstelsels, de processen van planeetvorming zullen naar verwachting resulteren in het verlies van al het heetste stof, en klasse IIII-sterren zijn die met - hoogstens - vage, koud stof. Deze zwakke gordels van koud stof lijken op de bekende puinschijven die we rond andere sterren zien. vergelijkbaar met de Kuipergordel in ons eigen zonnestelsel, waarvan bekend is dat het veel grotere asteroïden en kometen herbergt.

In de enquête, de ster in kwestie, 'GEEN Lup', dat is ongeveer 70% van de massa van onze zon, bleek een flauwte te hebben, stoffige schijf met geringe massa, maar het was de enige klasse III-ster waar koolmonoxidegas werd gedetecteerd, een primeur voor dit type jonge ster met ALMA. Hoewel bekend is dat veel jonge sterren nog steeds de gasrijke planeetvormende schijven bevatten waarmee ze zijn geboren, GEEN Lup is meer geëvolueerd, en men had kunnen verwachten dat dit oergas verloren was gegaan nadat de planeten waren gevormd.

Hoewel de detectie van koolmonoxidegas zeldzaam is, wat de waarneming uniek maakte, was de schaal en snelheid van het gas, wat aanleiding gaf tot een vervolgonderzoek om de beweging en oorsprong ervan te onderzoeken.

"Alleen al het detecteren van koolmonoxidegas was opwindend, aangezien er nog geen andere jonge sterren van dit type door ALMA in beeld waren gebracht, " zei eerste auteur Joshua Lovell, een doctoraat student van het Cambridge Institute of Astronomy. "Maar toen we beter keken, we hebben iets ongewoons gevonden:gezien hoe ver het gas van de ster verwijderd was, het ging veel sneller dan verwacht. Dit heeft ons geruime tijd in verwarring gebracht."

Grant Kennedy, Royal Society University Research Fellow aan de Universiteit van Warwick, die het modelleringswerk van de studie leidde, kwam met een oplossing voor de puzzel. "We hebben een eenvoudige manier gevonden om het uit te leggen:door een gasring te modelleren, maar het gas een extra kick naar buiten geven, " zei hij. "Andere modellen zijn gebruikt om jonge schijven te verklaren met vergelijkbare mechanismen, maar deze schijf lijkt meer op een puinschijf waar we nog nooit eerder wind hebben gezien. Ons model liet zien dat het gas volledig in overeenstemming is met een scenario waarin het met ongeveer 22 kilometer per seconde uit het systeem wordt gelanceerd. die veel hoger is dan een stabiele omloopsnelheid."

Verdere analyse toonde ook aan dat het gas kan worden geproduceerd tijdens botsingen tussen asteroïden, of tijdens perioden van sublimatie - de overgang van een vaste naar een gasvormige fase - op het oppervlak van de kometen van de ster, naar verwachting rijk aan koolmonoxide-ijs.

Er is recent bewijs van hetzelfde proces in ons eigen zonnestelsel van NASA's New Horizons-missie, toen het het Kuipergordel-object Ultima Thule in 2019 observeerde en sublimatie-evolutie vond op het oppervlak van de komeet, die ongeveer 4,5 miljard jaar geleden gebeurde. Dezelfde gebeurtenis die miljarden jaren geleden kometen in ons eigen zonnestelsel verdampte, is daarom mogelijk voor het eerst vastgelegd op meer dan 400 lichtjaar afstand, in een proces dat veel voorkomt rond planeetvormende sterren, en hebben implicaties voor hoe alle kometen, asteroïden, en planeten evolueren.

"Deze fascinerende ster werpt licht op wat voor soort fysieke processen planetaire systemen vormen kort nadat ze zijn geboren, net nadat ze tevoorschijn zijn gekomen uit omhuld te zijn door hun protoplanetaire schijf, " zei co-auteur professor Mark Wyatt, ook van het Instituut voor Sterrenkunde. "Hoewel we gas hebben gezien dat wordt geproduceerd door planetesimalen in oudere systemen, de afschuifsnelheid waarmee gas in dit systeem wordt geproduceerd en het uitstromende karakter ervan zijn vrij opmerkelijk, en wijzen op een fase van de evolutie van het planetenstelsel die we hier voor het eerst meemaken."

Hoewel de puzzel nog niet helemaal is opgelost, en verdere gedetailleerde modellering zal nodig zijn om te begrijpen hoe het gas zo snel wordt uitgestoten, wat zeker is, is dat dit systeem het doelwit zal zijn van intensievere vervolgmetingen.

"We hopen dat ALMA volgend jaar weer online zal zijn, en we zullen pleiten om dit systeem opnieuw in meer detail te observeren, " zei Lovell. "Gezien hoeveel we hebben geleerd over dit vroege stadium van de evolutie van het planetaire systeem met slechts een korte observatie van 30 minuten, er is nog zoveel meer dat dit systeem ons kan vertellen."