Webb descubre una 'cola de gato' polvorienta en el Sistema Beta Pictoris

10 de enero de 2024

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por parte del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Beta Pictoris, un sistema planetario joven ubicado a tan solo 63 años luz de distancia, sigue intrigando a los científicos incluso después de décadas de estudio en profundidad. Posee el primer disco de polvo imagen alrededor de otra estrella, un disco de escombros producido por colisiones entre asteroides, cometas y planetesimales.

Observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA revelaron un segundo disco de escombros en este sistema, inclinado con respecto al disco externo, que se vio primero. Ahora, un equipo de astrónomos utilizando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para captar imágenes del sistema Beta Pictoris (Beta Pic) ha descubierto una nueva estructura previamente no vista.

El equipo, liderado por Isabel Rebollido del Centro de Astrobiología en España, utilizó NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) y MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) de Webb para investigar la composición de los discos de escombros principales y secundarios previamente detectados de Beta Pic. Los resultados superaron sus expectativas, revelando una rama inclinada abruptamente de polvo, con forma de cola de gato, que se extiende desde la parte suroeste del disco de escombros secundario.

'Beta Pictoris es el disco de escombros que lo tiene todo: tiene una estrella cercana y muy brillante que podemos estudiar muy bien, y un entorno circumestelar complejo con un disco de varios componentes, exocometas y dos exoplanetas detectados', dijo Rebollido, autora principal del estudio. "Si bien ha habido observaciones previas desde el suelo en esta longitud de onda, no tenían la sensibilidad y la resolución espacial que ahora tenemos con Webb, por lo que no detectaron esta característica".

El retrato de una estrella mejorado con Webb

Incluso con Webb o JWST, observar a Beta Pic en la longitud de onda correcta, en este caso, el infrarrojo medio, fue crucial para detectar la cola de gato, ya que solo apareció en los datos de MIRI. Los datos de infrarrojo medio de Webb también revelaron diferencias de temperatura entre los dos discos de Beta Pic, que probablemente se deban a diferencias en la composición.

'No esperábamos que Webb revelara que hay dos tipos diferentes de material alrededor de Beta Pic, pero MIRI nos mostró claramente que el material del disco secundario y la cola de gato es más caliente que el disco principal', dijo Christopher Stark, coautor del estudio en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. 'El polvo que forma ese disco y esa cola debe ser muy oscuro, por lo que no lo vemos fácilmente en longitudes de onda visibles, pero en el infrarrojo medio, está brillando'.

Para explicar la temperatura más caliente, el equipo dedujo que el polvo puede ser un 'material refractario orgánico altamente poroso', similar a la materia encontrada en las superficies de cometas y asteroides en nuestro sistema solar. Por ejemplo, un análisis preliminar de material muestreado del asteroide Bennu por la misión OSIRIS-REx de la NASA encontró que era muy oscuro y rico en carbono, similar a lo que MIRI detectó en Beta Pic.

Sin embargo, queda una pregunta importante: ¿Qué podría explicar la forma de la cola de gato, una característica única y curva a diferencia de lo que se ve en discos alrededor de otras estrellas?

Rebollido y el equipo modelaron varios escenarios en un intento de emular la cola de gato y desentrañar sus orígenes. Aunque se requiere más investigación y pruebas, el equipo presenta una sólida hipótesis de que la cola de gato es el resultado de un evento de producción de polvo que ocurrió hace apenas cien años.

'Algo sucede, como una colisión, y se produce una gran cantidad de polvo', dijo Marshall Perrin, coautor del estudio en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. 'Al principio, el polvo se mueve en la misma dirección orbital que su fuente, pero luego también comienza a dispersarse. La luz de la estrella empuja las partículas de polvo más pequeñas y esponjosas lejos de la estrella más rápido, mientras que los granos más grandes no se mueven tanto, creando una larga cola de polvo'.

'La característica de la cola de gato es muy inusual, y reproducir la curvatura con un modelo dinámico fue difícil', explicó Stark. 'Nuestro modelo requiere polvo que pueda ser expulsado del sistema extremadamente rápidamente, lo que nuevamente sugiere que está hecho de material refractario orgánico'.

El modelo preferido del equipo explica el ángulo agudo de la cola alejándose del disco como una simple ilusión óptica. Nuestra perspectiva combinada con la forma curva de la cola crea el ángulo observado de la cola, mientras que en realidad, el arco de material solo se está alejando del disco en una inclinación de cinco grados. Teniendo en cuenta el brillo de la cola, el equipo estima que la cantidad de polvo dentro de la cola de gato es equivalente a un gran asteroide del cinturón principal disperso en 10 mil millones de millas.

A recent dust production event within Beta Pic's debris disks could also explain a newly-seen asymmetric extension of the inclined inner disk, as shown in the MIRI data and seen only on the side opposite of the tail. Recent collisional dust production could also account for a feature previously spotted by the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in 2014: a clump of carbon monoxide (CO) located near the cat's tail. Since the star's radiation should break down CO within roughly one hundred years, this still-present concentration of gas could be lingering evidence of the same event.

'Our research suggests that Beta Pic may be even more active and chaotic than we had previously thought,' said Stark. 'JWST continues to surprise us, even when looking at the most well-studied objects. We have a completely new window into these planetary systems.'

These results were presented in a press conference at the 243rd meeting of the American Astronomical Society in New Orleans, Louisiana.

Provided by NASA's Goddard Space Flight Center