Webb scopre una polverosa 'coda di gatto' nel sistema di Beta Pictoris.

10 gennaio 2024

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a cura del Goddard Space Flight Center della NASA

Beta Pictoris, un giovane sistema planetario situato a soli 63 anni luce di distanza, continua a intrigare gli scienziati anche dopo decenni di studi approfonditi. Possiede il primo disco di polveri immaginiato intorno ad un'altra stella, un disco di detriti prodotto dalle collisioni tra asteroidi, comete e planetesimi.

Osservazioni dal telescopio spaziale Hubble della NASA hanno rivelato un secondo disco di detriti in questo sistema, inclinato rispetto al disco esterno, che era stato osservato per primo. Ora, un team di astronomi utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA per immaginare il sistema Beta Pictoris (Beta Pic) ha scoperto una nuova struttura precedentemente invisibile.

Il team, guidato da Isabel Rebollido del Centro di Astrobiologia in Spagna, ha utilizzato il NIRCam (Near-Infrared Camera) e il MIRI (Mid-Infrared Instrument) di Webb per investigare la composizione dei dischi di detriti principale e secondario di Beta Pic precedentemente rilevati. I risultati hanno superato le loro aspettative, rivelando un ramo inclinato di polveri, a forma di coda di gatto, che si estende dalla porzione sud-ovest del disco di detriti secondario.

"Beta Pictoris è il disco di detriti che ha tutto: ha una stella molto luminosa e vicina che possiamo studiare molto bene, e un ambiente circumstellare complesso con un disco multicomponente, exocomete e due esopianeti immaginati", ha detto Rebollido, autrice principale dello studio. "Sebbene ci siano state osservazioni precedenti dal suolo in questo intervallo di lunghezze d'onda, non avevano la sensibilità e la risoluzione spaziale che ora abbiamo con Webb, quindi non hanno rilevato questa caratteristica".

Un ritratto di una stella migliorato con Webb

Anche con Webb o JWST, scrutando Beta Pic nell'intervallo di lunghezza d'onda corretto - in questo caso, il medio-infrarosso - era fondamentale per rilevare la coda del gatto, poiché questa appariva solo nei dati di MIRI. I dati del medio-infrarosso di Webb hanno anche rivelato differenze di temperatura tra i due dischi di Beta Pic, probabilmente dovute a differenze di composizione.

"Non ci aspettavamo che Webb rivelasse che ci sono due diversi tipi di materiale intorno a Beta Pic, ma MIRI ci ha chiaramente mostrato che il materiale del disco secondario e la coda del gatto sono più caldi rispetto al disco principale", ha detto Christopher Stark, co-autore dello studio, del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "La polvere che forma quel disco e quella coda deve essere molto scura, quindi non la vediamo facilmente nelle lunghezze d'onda visibili - ma nel medio-infrarosso, brilla".

Per spiegare la temperatura più calda, il team ha dedotto che la polvere potrebbe essere un "materiale refrattario organico altamente poroso", simile alla materia presente sulle superfici di comete e asteroidi nel nostro sistema solare. Ad esempio, un'analisi preliminare del materiale campionato dall'asteroide Bennu dalla missione OSIRIS-REx della NASA ha rilevato che è molto scuro e ricco di carbonio, simile a ciò che MIRI ha rilevato a Beta Pic.

Tuttavia, rimane una domanda principale: cosa potrebbe spiegare la forma della coda di gatto, una caratteristica unica e curva diversa da ciò che viene osservato nei dischi intorno ad altre stelle?

Rebollido e il team hanno modellato vari scenari nel tentativo di emulare la coda del gatto e svelarne le origini. Sebbene sia necessaria ulteriore ricerca e test, il team presenta un'ipotesi solida secondo cui la coda del gatto è il risultato di un evento di produzione di polvere che è avvenuto appena cento anni fa.

"Accade qualcosa - come una collisione - e viene prodotta molta polvere", ha detto Marshall Perrin, co-autore dello studio presso il Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland. "Inizialmente, la polvere segue la stessa direzione orbitale della sua fonte, ma poi inizia anche a diffondersi. La luce della stella spinge le particelle di polvere più piccole e più soffici lontano dalla stella più velocemente, mentre i grani più grandi non si muovono tanto, creando una lunga tenda di polvere".

"La caratteristica della coda di gatto è molto insolita e riprodurre la curvatura con un modello dinamico è stato difficile", ha spiegato Stark. "Il nostro modello richiede polvere che può essere espulsa dal sistema estremamente rapidamente, il che suggerisce nuovamente che sia fatta di materiale organico refrattario".

Il modello preferito del team spiega l'angolo netto della coda lontano dal disco come un'illusione ottica semplice. La nostra prospettiva combinata con la forma curva della coda crea l'angolo osservato della coda, mentre in realtà l'arco di materiale sta solo allontanando dal disco con una 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 un grande asteroide della fascia principale sparsa su 10 miliardi di miglia.

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