Kusliga mysterier i universum kan förrådas av enkla skuggor. Undret över en solförmörkelse produceras av månens skugga, och över 1, 000 planeter runt andra stjärnor har katalogiserats av skuggan de kastar när de passerar framför sin moderstjärna. Astronomer blev förvånade över att se en enorm skugga svepa över en skiva damm och gas som omger en närliggande, ung stjärna. De har ett fågelperspektiv av skivan, eftersom den lutar ansikte mot jorden, och skuggan sveper runt skivan som händerna rör sig dygnet runt. Men, till skillnad från visarna på en klocka, skuggan tar 16 år att göra en rotation.

Hubble har 18 års värde av observationer av stjärnan, kallas TW Hydrae. Därför, astronomer skulle kunna sätta ihop en time-lapse-film av skuggans rotation. Att förklara det är en annan historia. Astronomer tror att en osynlig planet i skivan gör några tunga lyft genom att gravitationsmässigt dra på material nära stjärnan och förvränga den inre delen av skivan. Den vridna, feljusterad innerskiva kastar sin skugga över ytan på den yttre skivan. TW Hydrae bor 192 ljusår bort och är ungefär 8 miljoner år gammal.

Att leta efter planeter runt andra stjärnor är en knepig affär. De är så små och svaga att det är svårt att upptäcka dem. Men en möjlig planet i ett närliggande stjärnsystem kan förråda sin närvaro på ett unikt sätt:av en skugga som sveper över ansiktet på en enorm pannkaksformad gas-och-dammskiva som omger en ung stjärna.

Planeten i sig kastar inte skuggan. Men det gör tunga lyft genom att gravitationsmässigt dra i material nära stjärnan och förvränga den inre delen av skivan. Det vridna, feljusterad innerskiva kastar sin skugga över ytan på den yttre skivan.

Ett team av astronomer under ledning av John Debes från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, säg att detta scenario är den mest rimliga förklaringen till skuggan de såg i stjärnsystemet TW Hydrae, ligger 192 ljusår bort i stjärnbilden Hydra, även känd som den kvinnliga vattenormen. Stjärnan är ungefär 8 miljoner år gammal och något mindre massiv än vår sol. Forskarna avslöjade fenomenet medan de analyserade 18 års värde av arkivobservationer som tagits av NASA:s rymdteleskop Hubble.

"Det här är den allra första skivan där vi har så många bilder under en så lång tid, därför låter oss se denna intressanta effekt, "Sa Debes." Det ger oss hopp om att detta skuggfenomen kan vara ganska vanligt i unga stjärnsystem. "

Debes kommer att presentera sitt lags resultat den 7 januari vid vintermötet i American Astronomical Society i Grapevine, Texas.

Debes första ledtråd till fenomenet var en ljusstyrka i skivan som ändrades med positionen. Astronomer som använder Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) noterade först denna ljusstyrka -asymmetri 2005. Men de hade bara en uppsättning observationer, och kunde inte göra en slutgiltig avgörande om mysteriens inslag.

Söker i arkivet, Debes team satte ihop sex bilder från flera olika epoker. Observationerna gjordes av STIS och av Hubbles Near Infrared Camera och Multi-Object Spectrometer (NICMOS).

STIS är utrustad med en koronagraf som blockerar stjärnljus inom cirka 1 miljard miles från stjärnan, låter Hubble se lika nära stjärnan som Saturnus är vår sol. Över tid, strukturen tycktes röra sig moturs runt disken, fram tills, 2016, den var i samma position som den var på bilder tagna år 2000.

Denna 16-åriga period förbryllade forskarna. De trodde ursprungligen att funktionen var en del av disken, men den korta perioden innebar att funktionen rörde sig alldeles för snabbt för att vara fysiskt i disken. Under tyngdlagarna, skivor roterar vid glaciala hastigheter. De yttersta delarna av TW Hydrae-skivan skulle ta århundraden att genomföra en rotation.

"Det faktum att jag såg samma rörelse över 10 miljarder mil från stjärnan var ganska signifikant, och berättade för mig att jag såg något som var präglat på den yttre skivan snarare än något som hände direkt i själva disken, " sa Debes. "Den bästa förklaringen är att funktionen är en skugga som rör sig över skivans yta."

Forskargruppen drog slutsatsen att allt som skymde måste vara djupt inne i den 41 miljarder mil breda skivan, så nära stjärnan att den inte kan avbildas av Hubble eller något annat nuvarande teleskop. Det mest troliga sättet att skapa en skugga är att ha en inre skiva som lutar i förhållande till den yttre skivan. Faktiskt, submillimeterobservationer av TW Hydrae av Atacama Large Millimeter Array (ALMA) i Chile föreslog en möjlig varp i innerskivan.

Men vad är det som gör att diskar vrider sig? "Det mest troliga scenariot är gravitationspåverkan från en osynlig planet, som drar ut material ur skivans plan och vrider den inre skivan, "Förklarade Debes." Den felriktade skivan är inne i planetens bana. "

Med tanke på den relativt korta 16-årsperioden av den klockliknande rörliga skuggan, planeten beräknas vara cirka 100 miljoner mil från stjärnan - ungefär lika nära som jorden är från solen. Planeten skulle vara ungefär lika stor som Jupiter för att ha tillräckligt med gravitation för att dra upp materialet ur huvudskivans plan. Planetens gravitationskraft får skivan att vingla, eller precess, runt stjärnan, ger skuggan dess 16-åriga rotationsperiod.

De senaste observationerna av TW Hydrae av ALMA i Chile ger trovärdighet åt närvaron av en planet. ALMA avslöjade en lucka i disken ungefär 9 miljoner mil från TW Hydrae. Ett gap är betydande, eftersom det kan vara signaturen på en osynlig planet som rensar bort en väg i disken.

Denna nya Hubble -studie erbjuder ett unikt sätt att leta efter planeter som gömmer sig i den inre delen av skivan och undersöka vad som händer mycket nära stjärnan, som inte kan nås vid direktavbildning med nuvarande teleskop. "Det som är förvånande är att vi kan lära oss något om en osynlig del av disken genom att studera diskens yttre område och genom att mäta rörelsen, plats, och beteendet hos en skugga, " Debes sa. "Denna studie visar oss att även dessa stora diskar, vars inre regioner inte kan observeras, är fortfarande dynamiska, eller förändras på detekterbara sätt som vi inte föreställt oss."