Een internationaal team van onderzoekers heeft een zeldzame variatie gevonden in de helderheid van een zich vormende ster. Deze terugkerende twinkeling van 18 maanden is niet alleen een onverwacht fenomeen voor wetenschappers, maar het herhaalde gedrag suggereert de aanwezigheid van een verborgen planeet.

Deze ontdekking is een vroege overwinning voor de James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) Transient Survey, slechts anderhalf jaar in zijn driejarige mandaat om acht galactische stellaire kraamkamers te controleren op variaties in de helderheid van vormende sterren. Deze nieuwe studie is van cruciaal belang om te begrijpen hoe sterren en planeten worden geassembleerd. Het onderzoek wordt geleid door Doug Johnstone, Research Officer bij de National Research Council of Canada en Greg Herczeg, Professor aan de Universiteit van Peking (China), en wordt ondersteund door een internationaal team van astronomen uit Canada, China, Korea, Japan, Taiwan en het Verenigd Koninkrijk.

"Deze variatie in de helderheid of twinkeling van de ster EC53 suggereert dat iets groots de aantrekkingskracht van de zich vormende ster verstoort. Het feit dat het elke 18 maanden terugkeert, suggereert dat deze invloed rond de ster draait - het is vrij waarschijnlijk een verborgen, planeet vormen, " zegt Doug Johnstone. Men denkt dat een begeleidende planeet rond de ster draait, en zijn passerende zwaartekracht verstoort de snelheid van het gas dat op de zich vormende ster valt, het verstrekken van een variatie in de waargenomen helderheid, of lichte bocht, van de ster.

Jonge sterren worden geboren in gebieden van de melkweg waar moleculair gas overvloedig aanwezig is. Als de ster jong is, gas en stof vormen een dikke wolk die de ster omringt. Een deel van dit materiaal wordt snel plat tot een schijf, waarin planeten zullen ontstaan. De wolk blokkeert de ster zelf van het optische zicht, dus bestuderen astronomen de ster indirect door de wolk te gebruiken om details te leren over de ster die erin groeit. De ster bouwt zijn massa op terwijl de zwaartekracht gas aantrekt om van de schijf naar de ster te bewegen, een proces waarbij ook veel energie vrijkomt die de omringende gaswolk opwarmt. Astronomen gebruiken telescopen die gevoelig zijn voor submillimetergolflengten, zoals de JCMT, om de helderheid van de wolken te meten en details over de groei van de ster te onthullen.

De anomalie van de lichtcurve van EC53 werd ontdekt door Hyunju Yoo, afgestudeerde student aan Chungnam National University en adviseur Jeong-Eun Lee, Professor aan de Kyung Hee University (Zuid-Korea), door zorgvuldige analyse van maandelijkse waarnemingen van Serpens Main, een stellaire kraamkamer waarvan bekend is dat er veel vormende sterren zijn. Hoewel is waargenomen dat de helderheid van EC53 al enige tijd periodiek varieert bij nabij-infrarode golflengten, deze submillimeterwaarnemingen waren essentieel om te valideren dat de helderheidsvariatie het gevolg was van verwarming van gas dat aangroeide op de zich vormende ster, in plaats van variaties in de bewolking van de omgeving.

"Wat mijn aandacht trok, was een nieuwe reeks gegevens die een plotselinge helderheid vertoonden die bij eerdere waarnemingen niet bestond, " zegt Lee. "Ik wist dat er iets unieks en interessants moest gebeuren rond deze zich vormende ster. Het bleek inderdaad een heel bijzonder object te zijn, het verstrekken van een nieuw venster in hoe sterren en planeten ontstaan."

Een dieper begrip van de vorming van sterren en planeten

Voor de rest van het driejarige submillimeteronderzoek het team zal EC53 blijven volgen en zal ook op zoek gaan naar extra jonge sterren die variaties in groei vertonen om meer te weten te komen over hoe sterren en planeten samenkomen. Er zijn al een half dozijn extra kandidaatvariabelen binnen de enquête. Door deze sterren te bestuderen, en het gebruik van aanvullende telescoopfaciliteiten zoals de krachtige Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili, de studie zal nieuw en uniek inzicht verschaffen in de tijdschaal voor de vorming van sterren en planeten, inclusief of planeten zich vormen tijdens of na de assemblage van de ster.

"Deze ontdekking markeert een keerpunt; in zekere zin, het is alsof submillimeterastronomie zich verplaatst van het maken van foto's van ons melkwegstelsel naar het maken van video's, ", zegt Greg Herczeg. "De afgelopen 25 jaar zijn gewijd aan het perfectioneren van waarnemingstechnieken en -instrumenten om ons in staat te stellen vroege stervorming te zien. Maar met de recente technologische vooruitgang, we kunnen nu regio's in de loop van de tijd zien veranderen, voor een dieper begrip van hoe sterren ontstaan. Deze ontdekking is slechts één voorbeeld van hoeveel meer we nu kunnen leren."

Het monitoren van de helderheid van vormende sterren in de loop van de tijd met behulp van submillimetergolflengten is een onconventionele benadering van waarneming die mogelijk is gemaakt door recente ontwikkelingen in de beeldtechnologie, zoals SCUBA-2, en gegevensreductieverwerking die nauwkeurige kalibratie en meting mogelijk maakt.

De JCMT bevindt zich op de top van Maunakea op Hawaï en is de grootste submillimeter-telescoop met één schotel ter wereld. De JCMT wordt beheerd door de East Asian Observatory, een partnerschap tussen China, Taiwan, Zuid-Korea en Japan, met steun van de astronomiegemeenschappen in Canada en het Verenigd Koninkrijk. De door de universiteit geleide bijdragen uit Canada worden aangevuld met de NRC-ondersteuning voor het JCMT-archief in het Canadian Astronomy Data Centre.

Deze ontdekking is geaccepteerd voor publicatie in Astrofysisch tijdschrift .