I nästan ett sekel, astronomer har undrat över den nyfikna variationen hos unga stjärnor som bor i Taurus-Auriga-stjärnbilden cirka 450 ljusår från jorden. Särskilt en stjärna har väckt astronomers uppmärksamhet. Med några decennier, stjärnans ljus har bleknat kort innan det ljusnar igen.

På senare år har astronomer har observerat stjärnan dimma oftare, och under längre perioder, väcker frågan:Vad döljer stjärnan upprepade gånger? Svaret, astronomer tror, skulle kunna belysa några av de kaotiska processer som äger rum tidigt i en stjärnas utveckling.

Nu har fysiker från MIT och på andra håll observerat stjärnan, heter RW Aur A, med hjälp av NASA:s Chandra X-Ray Observatory. De har hittat bevis för vad som kan ha orsakat den senaste dimningshändelsen:en kollision mellan två planetariska kroppar, som i dess efterdyningar producerade ett tätt moln av gas och damm. När detta planetariska skräp föll in i stjärnan, det genererade en tjock slöja, tillfälligt skymmer stjärnans ljus.

"Datorsimuleringar har länge förutspått att planeter kan falla in i en ung stjärna, men vi har aldrig tidigare observerat det, säger Hans Moritz Guenther, en forskare vid MIT:s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, som ledde studien. "Om vår tolkning av uppgifterna är korrekt, det här skulle vara första gången som vi direkt observerar en ung stjärna som slukar en planet eller planeter."

Stjärnans tidigare nedtonade händelser kan ha orsakats av liknande smash-ups, av antingen två planetkroppar eller stora rester av tidigare kollisioner som möttes direkt mot varandra och gick sönder igen.

"Det är spekulationer, men om du har en kollision av två delar, det är troligt att de efteråt kan vara på några oseriösa banor, vilket ökar sannolikheten att de kommer att träffa något annat igen, säger Guenther.

Guenther är huvudförfattare till ett papper som beskriver gruppens resultat, som visas idag i Astronomisk tidskrift . Hans medförfattare från MIT inkluderar David Huenemoerder och David Principe, tillsammans med forskare från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och samarbetspartners i Tyskland och Belgien.

En stjärna mörkläggning

Forskare som studerar den tidiga utvecklingen av stjärnor tittar ofta på Taurus-Auriga mörka moln, en samling molekylära moln i konstellationerna Oxen och Auriga, som är värd för stellar plantskolor som innehåller tusentals spädbarnsstjärnor. Unga stjärnor bildas från gravitationskollapsen av gas och damm i dessa moln. Mycket unga stjärnor, till skillnad från vår jämförelsevis mogna sol, är fortfarande omgivna av en roterande skiva av skräp, inklusive gas, damm, och klumpar av material som sträcker sig i storlek från små dammkorn till småsten, och möjligen till nya planeter.

"Om du tittar på vårt solsystem, vi har planeter och inte en massiv skiva runt solen, " säger Guenther. "Dessa skivor håller i kanske 5 miljoner till 10 miljoner år, och i Oxen, det finns många stjärnor som redan har tappat sin skiva, men några få har dem fortfarande. Om du vill veta vad som händer i slutskedet av diskspridningen, Oxen är en av platserna att titta på."

Guenther och hans kollegor fokuserar på stjärnor som är unga nog att fortfarande vara värd för diskar. Han var särskilt intresserad av RW Aur A, som ligger i den äldre änden av åldersintervallet för unga stjärnor, eftersom den beräknas vara flera miljoner år gammal. RW Aur A är en del av ett binärt system, vilket betyder att den cirklar en annan ung stjärna, RW Aur B. Båda dessa stjärnor har ungefär samma massa som solen.

Sedan 1937 har astronomer har registrerat märkbara fall i ljusstyrkan för RW Aur A med några decennier. Varje nedtoningshändelse verkade vara i ungefär en månad. Under 2011, stjärnan dämpades igen, denna gång i ungefär ett halvår. Stjärnan ljusnade så småningom, bara för att blekna igen i mitten av 2014. I november 2016, stjärnan återgick till sin fulla ljusstyrka.

Astronomer har föreslagit att denna dimning orsakas av en gasström som passerar vid ytterkanten av stjärnans skiva. Ytterligare andra har teoretiserat att nedtoningen beror på processer som sker närmare stjärnans centrum.

"Vi ville studera materialet som täcker stjärnan, som förmodligen är relaterat till disken på något sätt, " säger Guenther. "Det är en sällsynt möjlighet."

En järnklädd signatur

I januari 2017, RW Aur A nedtonades igen, och teamet använde NASA:s Chandra X-Ray Observatory för att registrera röntgenstrålning från stjärnan.

"Röntgenstrålarna kommer från stjärnan, och spektrumet av röntgenstrålar förändras när strålarna rör sig genom gasen i skivan, " säger Guenther. "Vi letar efter vissa signaturer i de röntgenstrålar som gasen lämnar i röntgenspektrumet."

Totalt, Chandra registrerade 50 kilosekunder, eller nästan 14 timmars röntgendata från stjärnan. Efter att ha analyserat dessa data, forskarna kom med flera överraskande avslöjanden:stjärnans skiva rymmer en stor mängd material; stjärnan är mycket varmare än förväntat; och skivan innehåller mycket mer järn än förväntat – inte så mycket järn som finns i jorden, men mer än, säga, en typisk måne i vårt solsystem. (Vår egen måne, dock, har mycket mer järn än forskarna uppskattade i stjärnans skiva.)

Den sista punkten var den mest spännande för laget. Vanligtvis, ett röntgenspektrum av en stjärna kan visa olika element, som syre, järn, kisel, och magnesium, och mängden av varje element som är närvarande beror på temperaturen i en stjärnas skiva.

"Här, vi ser mycket mer järn, minst en faktor 10 gånger mer än tidigare, vilket är mycket ovanligt, eftersom vanligtvis stjärnor som är aktiva och heta har mindre järn än andra, medan den här har mer, " säger Guenther. "Var kommer allt detta järn ifrån?"

Forskarna spekulerar i att detta överskott av järn kan ha kommit från en av två möjliga källor. Det första är ett fenomen som kallas en dammtrycksfälla, där små korn eller partiklar som järn kan fastna i "döda zoner" på en skiva. Om diskens struktur plötsligt ändras, som när stjärnans partnerstjärna passerar nära, de resulterande tidvattenkrafterna kan frigöra de fångade partiklarna, skapar ett överskott av järn som kan falla in i stjärnan.

Den andra teorin är för Guenther den mer övertygande. I detta scenario, överskott av järn skapas när två planetesimaler, eller spädbarn planetariska kroppar, kollidera, släpper ut ett tjockt moln av partiklar. Om en eller båda planeterna delvis är gjorda av järn, deras smash-up kan släppa ut en stor mängd järn i stjärnans skiva och tillfälligt skymma dess ljus när materialet faller in i stjärnan.

"Det finns många processer som händer i unga stjärnor, men dessa två scenarier kan möjligen göra något som ser ut som det vi observerade, Säger Guenther.

Han hoppas kunna göra fler observationer av stjärnan i framtiden, för att se om mängden järn som omger stjärnan har förändrats – ett mått som kan hjälpa forskare att avgöra storleken på järnkällan. Till exempel, om samma mängd järn visas i, säga, ett år, som kan signalera att järnet kommer från en relativt massiv källa, som en stor planetarisk kollision, kontra om det finns väldigt lite järn kvar i skivan.

"Mycket ansträngning går för närvarande på att lära sig om exoplaneter och hur de bildas, så det är uppenbarligen mycket viktigt att se hur unga planeter kan förstöras i samspel med deras värdstjärnor och andra unga planeter, och vilka faktorer som avgör om de överlever, säger Guenther.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.