Ett internationellt team av forskare har funnit en sällsynt variation i ljusstyrkan hos en formande stjärna. Den här 18-månaders återkommande glimten är inte bara ett oväntat fenomen för forskare, men dess upprepade beteende antyder närvaron av en dold planet.

Denna upptäckt är en tidig vinst för James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) Transient Survey, bara ett och ett halvt år in i sitt treåriga mandat att övervaka åtta galaktiska stjärnkammare för variationer i ljusstyrkan hos bildande stjärnor. Denna nya studie är avgörande för att förstå hur stjärnor och planeter samlas. Undersökningen leds av Doug Johnstone, Research Officer vid National Research Council of Canada och Greg Herczeg, Professor vid Peking University (Kina), och stöds av ett internationellt team av astronomer från Kanada, Kina, Korea, Japan, Taiwan och Storbritannien.

"Denna variation i ljusstyrkan eller glimten i stjärnan EC53 tyder på att något stort stör den formande stjärnans tyngdkraft. Det faktum att den återkommer var 18:e månad tyder på att detta inflytande kretsar runt stjärnan - det är ganska troligt en dold, bildande planet, "säger Doug Johnstone. Man tror att en sällskaplig planet kretsar runt stjärnan, och dess förbigående gravitationstryck stör hastigheten för gasen som faller ner på den formande stjärnan, ger en variation i den observerade ljusstyrkan, eller ljuskurva, av stjärnan.

Unga stjärnor föds i regioner i galaxen där molekylär gas är riklig. När stjärnan är ung, gas och damm bildar ett tjockt moln som omger stjärnan. En del av detta material plattar snabbt till en skiva, i vilka planeter kommer att bildas. Molnet blockerar själva stjärnan från optisk syn, så astronomer studerar stjärnan indirekt genom att använda molnet för att lära sig detaljer om stjärnan som växer inuti. Stjärnan bygger upp sin massa när tyngdkraften lockar gas att röra sig från skivan till stjärnan, en process som också frigör betydande energi som värmer upp det omgivande gasmolnet. Astronomer använder teleskop som är känsliga för sub-millimeter våglängder, som JCMT, för att mäta molnens ljusstyrka och avslöja detaljer om stjärnans tillväxt.

EC53:s ljuskurvavvikelse upptäcktes av Hyunju Yoo, doktorand vid Chungnam National University och rådgivare Jeong-Eun Lee, Professor vid Kyung Hee University (Sydkorea), genom noggrann analys av månatliga observationer av Serpens Main, en stjärnkammare som är känd för att innehålla många formande stjärnor. Även om ljusstyrkan för EC53 har observerats variera regelbundet vid nära-infraröda våglängder under en tid, dessa sub-millimeter observationer var väsentliga för att validera att variationen i ljusstyrka berodde på uppvärmning från gas som ackumuleras på den formande stjärnan, snarare än variationer i grumligheten i miljön.

"Det som lockade mig var en ny datarunda som visade en plötslig ljusstyrka som inte hade funnits i tidigare observationer, "säger Lee." Jag visste att något unikt och intressant måste hända runt denna formande stjärna. Det visade sig att det verkligen är ett mycket speciellt föremål, ger ett nytt fönster om hur stjärnor och planeter bildas. "

En djupare förståelse för bildandet av stjärnor och planeter

Under resten av den treåriga undersmillimeterundersökningen, laget kommer att fortsätta att övervaka EC53 och kommer också att leta efter ytterligare unga stjärnor som visar variationer i tillväxt för att lära sig mer om hur stjärnor och planeter samlas. Det finns redan ett halvt dussin ytterligare kandidatvariabler i undersökningen. Genom att studera dessa stjärnor, och använder ytterligare teleskopanläggningar som den kraftfulla Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile, studien kommer att ge ny och unik inblick i tidsskalan för bildandet av stjärnor och planeter, inklusive om planeter bildas under eller efter montering av stjärnan.

"Denna upptäckt markerar en vändpunkt; i en mening, det är som att sub-millimeter astronomi går från att ta bilder av vår galax till att ta videor, "säger Greg Herczeg." De senaste 25 åren har ägnats åt att perfektionera observationstekniker och instrument för att vi ska kunna se tidig stjärnbildning. Men med de senaste tekniska framstegen, vi kan nu se regioner förändras med tiden, för en djupare förståelse för hur stjärnor bildas. Denna upptäckt är bara ett exempel på hur mycket mer vi nu kan lära oss. "

Att övervaka ljusstyrkan för att bilda stjärnor över tid med hjälp av sub-millimeter våglängder är en okonventionell metod för observation som har gjorts möjlig genom de senaste framstegen inom bildteknik, som SCUBA-2, och datareducering som möjliggör exakt kalibrering och mätning.

JCMT ligger vid toppen av Maunakea på Hawaii och är det största sub-millimeterteleskopet i en maträtt i världen. JCMT drivs av East Asian Observatory, ett partnerskap mellan Kina, Taiwan, Sydkorea och Japan, med stöd från astronomisamhällena i Kanada och Storbritannien. De universitetsledda bidragen från Kanada kompletteras med NRC:s stöd för JCMT-arkivet vid Canadian Astronomy Data Center.

Denna upptäckt har accepterats för publicering i Astrofysisk tidskrift .