L'occhio a infrarossi di Webb rivela una strana struttura di polvere simile a una “coda di gatto” in Beta pictoris

Nuove osservazioni nella luce infrarossa indicano che recentemente si è verificata una massiccia collisione

Dagli anni '80, il sistema planetario attorno alla stella Beta Pictoris ha continuato ad affascinare gli scienziati. Anche dopo decenni di studio, riservano ancora sorprese.

NASA'S Telescopio spaziale James Webb Ha aperto un nuovo entusiasmante capitolo nella storia di Beta Pic, che include nuovi dettagli sulla formazione dei dischi di detriti e una scia di polvere mai vista prima che ricorda la coda di un gatto. Un team di astronomi ipotizza che questa caratteristica sia un’aggiunta relativamente recente al sistema planetario – una coda che non è vecchia quanto il tempo.

Il telescopio spaziale James Webb della NASA ha ripreso il sistema stellare Beta Pictoris. Il MIRI (Mid Infrared Instrument) di Webb ha consentito a un team di astronomi di studiare la composizione dei dischi di detriti primari e secondari di Beta Pic, quest'ultima caratteristica precedentemente rilevata dal telescopio spaziale Hubble.
Inaspettatamente, le capacità a infrarossi di Webb hanno rilevato una nuova caratteristica del sistema Beta Pic: un sinuoso ramo di polvere che ricorda la forma della coda di un gatto. Questa coda, osservabile solo nei dati MIRI, si estende dalla porzione sud-occidentale del disco di detriti secondario e si stima che si estenda per 10 miliardi di miglia.
La polvere che forma la coda potrebbe essere simile al materiale che si trova sulle superfici di comete e asteroidi nel nostro sistema solare. Sono necessarie ulteriori analisi per comprendere le origini della coda del gatto, anche se il team ritiene che il responsabile sia un evento che produce polvere, come collisioni tra asteroidi, comete o planetesimi.
Crediti immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Il telescopio spaziale Webb rileva una “coda di gatto” polverosa nel sistema Beta Picturis

Beta Picturis, un giovane sistema planetario situato a soli 63 anni luce di distanza, continua a interessare gli scienziati anche dopo decenni di studi approfonditi. Contiene il primo disco di polvere mai ripreso attorno a un'altra stella, un disco di detriti risultante dalle collisioni tra asteroidi, comete e piccoli pianeti. Note dalla NASA Telescopio spaziale Hubble Rivela a Secondo disco detriti In questo sistema è inclinato rispetto al disco esterno, visto per la prima volta. Ora, un team di astronomi che utilizza il telescopio spaziale James Webb della NASA per fotografare il sistema Beta Pictoris (Beta Pic) ha scoperto una nuova struttura mai vista prima.

Il team, guidato da Isabel Rebolledo del Centro di Astrobiologia in Spagna, ha utilizzato la NIRCam (fotocamera nel vicino infrarosso) e il MIRI (strumento nel medio infrarosso) di Webb per studiare la composizione dei dischi di detriti primari e secondari precedentemente rilevati da Beta Pic. I risultati hanno superato le loro aspettative, rivelando un ramo di polvere fortemente inclinato, a forma di coda di gatto, che si estende dalla parte sud-occidentale del disco di detriti secondario.

“Beta Pictoris è un disco di detriti che ha tutto: ha una stella molto luminosa e vicina che possiamo studiare bene, un ambiente oceanico stellare complesso con un disco multicomponente, esocomete e un paio di esopianeti fotografati”, ha detto Rebolledo. . Autore principale dello studio. “Sebbene siano state effettuate precedenti osservazioni dalla Terra in questo intervallo di lunghezze d’onda, non avevano la sensibilità e la risoluzione spaziale che abbiamo ora con Webb, quindi non hanno rilevato questa caratteristica”.

Si tratta di un'animazione che raffigura la formazione della coda di un gatto, come ipotizzato da un team di astronomi. Si stima che questa struttura, visibile nella parte sud-occidentale del disco di detriti secondario di Beta Pic, si estenda per 10 miliardi di miglia.

Gli scienziati ipotizzano che la coda del gatto sia il risultato di un evento di produzione di polvere – come un impatto – avvenuto appena cento anni fa. Inizialmente, la polvere risultante segue la stessa direzione orbitale della fonte, quindi inizia a diffondersi. La luce stellare spinge le particelle di polvere più piccole e fini lontano dalla stella più velocemente, mentre i grani più grandi non si muovono così tanto, creando una scia di polvere.

Da una prospettiva laterale, la forte inclinazione della coda di un gatto è un'illusione ottica. La nostra prospettiva combinata con la curvatura della coda crea l'angolo osservato, mentre in realtà i viticci di polvere lasciano il disco solo con un'inclinazione di cinque gradi.

Credito immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Ralph Crawford (STScI)

L'immagine della stella è stata migliorata utilizzando Webb

Anche con il Webb, o JWST, guardare il Beta Pic nella giusta gamma di lunghezze d'onda – in questo caso, il medio infrarosso – è stato fondamentale per rilevare la coda del gatto, poiché appariva solo nei dati MIRI. I dati nel medio infrarosso di Webb hanno rivelato anche differenze di temperatura tra i due dischi di Beta Pic, probabilmente dovute a differenze nella composizione.

“Non ci aspettavamo che Webb rivelasse che ci sono due diversi tipi di materiale attorno a Beta Pic, ma MIRI ci ha chiaramente mostrato che il materiale del disco secondario e della coda del gatto è più caldo del disco principale”, ha detto Christopher Stark, uno dei coautori dello studio. – Autore dello studio presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. “La polvere che forma questo disco e questa coda deve essere molto scura, quindi non possiamo vederla facilmente alle lunghezze d'onda visibili, ma nel medio infrarosso è luminosa.”

Per spiegare la temperatura più alta, il team ha concluso che la polvere potrebbe essere un “materiale organico termico” altamente poroso, simile al materiale trovato sulla superficie delle comete e degli asteroidi nel nostro sistema solare. Ad esempio, un'analisi preliminare del materiale prelevato dall'asteroide Bennu dalla NASA Osiride Rex La missione ha scoperto che era molto scuro e ricco di carbonio, proprio come quello scoperto da MIRI in Beta Pic.

Versione annotata di un'immagine di Beta Pictoris scattata dal MIRI (strumento nel medio infrarosso) di Webb. Per bloccare la luce della stella centrale veniva utilizzato un coronografo (un cerchio nero e due piccoli dischi). Alcune caratteristiche sono evidenziate e classificate.
Una linea bianca viene tracciata sopra il disco principale dei detriti arancione ed è chiamata “livello del disco principale”. Il sottile disco blu-verde è inclinato di circa cinque gradi in senso antiorario rispetto al disco primario arancione ed è contrassegnato da una linea blu-verde chiamata “disco secondario esteso”. Un po' di materia grigia raccolta vicino al centro forma una caratteristica curva in alto a destra, contrassegnata da una linea gialla chiamata “coda del gatto”.
La barra della scala mostra che i dischi Beta Pic si estendono su centinaia di unità astronomiche (UA), dove una AU rappresenta la distanza media tra la Terra e il Sole. (Nel nostro sistema solare, Nettuno orbita a una distanza di 30 UA dal Sole.) In questa immagine, la luce a 15,5 micron è ciano e a 23 micron è arancione (filtri F1550C e F2300C, rispettivamente).
Crediti immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

L’enigmatico inizio della coda richiede ricerche future

Tuttavia, rimane una grande domanda: cosa potrebbe spiegare la forma della coda del gatto, una caratteristica curva unica, diversa da quella osservata nei dischi attorno ad altre stelle?

Rebolledo e il team hanno progettato diversi scenari nel tentativo di imitare la coda di un gatto e rivelarne le origini. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche e test, il team presenta una forte ipotesi secondo cui la coda del gatto è il risultato di un evento di produzione di polvere avvenuto solo cento anni fa.

“Succede qualcosa, come una collisione, e viene prodotta molta polvere”, afferma Marshall Perrin, coautore dello studio presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland. “All'inizio, la polvere viaggia nella stessa direzione orbitale della sua sorgente, ma inizia anche a diffondersi. La luce proveniente dalla stella spinge le particelle di polvere più piccole e fini lontano dalla stella più velocemente, mentre i grani più grandi non si muovono così tanto, creando lunghi viticci di polvere”.

“La caratteristica della coda di un gatto è piuttosto insolita e la curvatura era difficile da riprodurre in un modello dinamico”, ha spiegato Stark. “Il nostro modello richiede polvere che possa essere espulsa dal sistema molto rapidamente, il che suggerisce ancora una volta che sia fatta di materia organica refrattaria”.

Immagine illustrativa del sistema stellare Beta Pictoris scattata con il MIRI (strumento per il medio infrarosso) di Webb, con frecce della bussola, barra della scala e chiave colorata come riferimento.
Le frecce della bussola nord ed est mostrano la direzione dell'immagine nel cielo. Si noti che la relazione tra nord ed est nel cielo (visti dal basso) è invertita rispetto alle frecce direzionali sulla mappa della Terra (visti dall'alto).
La barra della scala è etichettata in unità astronomiche e secondi d'arco. Una AU è la distanza media tra la Terra e il Sole. (Nel nostro sistema solare, Nettuno orbita a una distanza di 30 unità astronomiche dal Sole.) I secondi d'arco sono una misura della distanza angolare nel cielo. Un secondo d'arco equivale a 1/3600 di un grado d'arco. (Il diametro angolare della Luna è di circa 0,5 gradi.) La dimensione effettiva di un oggetto che copre un secondo d'arco nel cielo dipende dalla sua distanza dal telescopio.
Questa immagine mostra le lunghezze d'onda invisibili del medio infrarosso tradotte nei colori della luce visibile. La chiave colorata mostra quali filtri MIRI sono stati utilizzati per raccogliere la luce. Il colore del nome di ciascun filtro è il colore della luce visibile utilizzata per rappresentare la luce infrarossa che passa attraverso quel filtro.
Crediti immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Il modello preferito dalla squadra spiega l'angolo acuto della coda rispetto al disco come una semplice illusione ottica. La nostra prospettiva con la forma curva della coda crea l'angolo osservato della coda, mentre in realtà l'arco del materiale si allontana solo con un'inclinazione di cinque gradi. Tenendo conto della luminosità della coda, il team stima che la quantità di polvere all'interno della coda del gatto sia equivalente a una grande fascia principale di asteroidi estesa su 10 miliardi di miglia.

Un recente evento di produzione di polvere all’interno dei dischi di detriti di Beta Pic potrebbe anche spiegare l’estensione asimmetrica recentemente osservata del disco interno inclinato, come mostrato nei dati MIRI e visto solo sul lato opposto alla coda. Anche la recente produzione di polvere da impatto potrebbe essere responsabile di una caratteristica osservata in precedenza Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array nel 2014: Una massa di monossido di carbonio (CO) situata vicino alla coda del gatto. Poiché la radiazione della stella deve scomporre l'anidride carbonica entro circa cento anni, la concentrazione di gas ancora presente potrebbe essere la prova sopravvissuta dello stesso evento.

“La nostra ricerca suggerisce che Beta Pic potrebbe essere più attivo e caotico di quanto pensassimo in precedenza”, ha affermato Stark. “Il telescopio spaziale James Webb continua a sorprenderci, anche quando osserviamo oggetti ben studiati. Abbiamo una finestra completamente nuova su questi sistemi planetari.”

Questi risultati sono stati presentati in una conferenza stampa al 243esimo incontro dell'American Astronomical Society a New Orleans, in Louisiana.

Le osservazioni sono state effettuate nell'ambito del programma di monitoraggio del tempo assicurato 1411.

Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo. Webb risolve i misteri del nostro sistema solare, guarda oltre i mondi lontani attorno ad altre stelle ed esplora le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. WEB è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner l'Agenzia spaziale europea (ESA).Agenzia spaziale europea) e l'Agenzia spaziale canadese.