El ojo infrarrojo de Webb revela una extraña estructura de polvo parecida a una «cola de gato» en Beta pictoris

Nuevas observaciones en luz infrarroja indican que recientemente se produjo una colisión masiva

Desde los años 80, el sistema planetario alrededor de la estrella Beta Pictoris sigue fascinando a los científicos. Incluso después de décadas de estudio, todavía guardan sorpresas.

NASA's Telescopio espacial James Webb Ha abierto un nuevo y emocionante capítulo en la historia de Beta Pic, que incluye nuevos detalles sobre la formación de discos de escombros y un rastro de polvo nunca antes visto que se asemeja a la cola de un gato. Un equipo de astrónomos plantea la hipótesis de que esta característica es una adición relativamente reciente al sistema planetario: una cola que no es tan antigua como el tiempo.

El telescopio espacial James Webb de la NASA tomó imágenes del sistema estelar Beta Pictoris. El MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) de Webb permitió a un equipo de astrónomos investigar la composición de los discos de desechos primarios y secundarios de Beta Pic, esta última característica detectada previamente por el Telescopio Espacial Hubble.
Inesperadamente, las capacidades infrarrojas de Webb detectaron una nueva característica del sistema Beta Pic: una sinuosa rama de polvo que se asemeja a la forma de la cola de un gato. Esta cola, que sólo es observable en los datos MIRI, se extiende desde la parte suroeste del disco de escombros secundario y se estima que se extiende 10 mil millones de millas.
El polvo que forma la cola puede ser similar al material que se encuentra en las superficies de los cometas y asteroides de nuestro sistema solar. Se necesitan más análisis para comprender los orígenes de la cola del gato, aunque el equipo cree que el responsable es un evento que produce polvo, como colisiones entre asteroides, cometas o planetesimales.
Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

El Telescopio Espacial Webb detecta una 'cola de gato' polvorienta en el sistema Beta Picturis

Beta Picturis, un joven sistema planetario situado a sólo 63 años luz de distancia, sigue interesando a los científicos incluso después de décadas de estudios en profundidad. Tiene el primer disco de polvo jamás fotografiado alrededor de otra estrella, un disco de escombros resultante de colisiones entre asteroides, cometas y planetas pequeños. Notas de la NASA telescopio espacial Hubble Revelar un Segundo disco de escombros En este sistema, está inclinado con respecto al disco exterior, que fue visto por primera vez. Ahora, un equipo de astrónomos que utiliza el telescopio espacial James Webb de la NASA para obtener imágenes del sistema Beta Pictoris (Beta Pic) ha descubierto una nueva estructura nunca antes vista.

El equipo, dirigido por Isabel Rebolledo del Centro de Astrobiología de España, utilizó NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) y MIRI (instrumento de infrarrojo medio) de Webb para investigar la composición de los discos de desechos primarios y secundarios detectados previamente por Beta Pic. Los resultados superaron sus expectativas y revelaron una rama de polvo muy inclinada, con forma de cola de gato, que se extendía desde la parte suroeste del disco de escombros secundario.

“Beta Pictoris es un disco de desechos que lo tiene todo: tiene una estrella muy brillante y cercana que podemos estudiar bien, un ambiente oceánico estelar complejo con un disco de múltiples componentes, exocometas y un par de exoplanetas fotografiados”, dijo Rebolledo. . Autor principal del estudio. «Aunque hubo observaciones anteriores desde la Tierra en este rango de longitud de onda, no tenían la sensibilidad y resolución espacial que tenemos ahora con Webb, por lo que no detectaron esta característica».

Esta es una animación que representa la formación de la cola de un gato, según la hipótesis de un equipo de astrónomos. Se estima que esta estructura, visible en la parte suroeste del disco de escombros secundario de Beta Pic, se extiende 10 mil millones de millas.

Los científicos plantean la hipótesis de que la cola del gato es el resultado de un evento que produjo polvo (como un impacto) ocurrido hace apenas cien años. Inicialmente, el polvo resultante sigue la misma dirección orbital que su fuente y luego comienza a extenderse. La luz de las estrellas empuja las partículas de polvo más pequeñas y finas lejos de la estrella más rápidamente, mientras que los granos más grandes no se mueven tanto, creando un rastro de polvo.

Desde una perspectiva de borde, la fuerte inclinación de la cola de un gato es una ilusión óptica. Nuestra perspectiva combinada con la curvatura de la cola crea el ángulo observado, mientras que en realidad los zarcillos de polvo sólo salen del disco con una inclinación de cinco grados.

Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Ralph Crawford (STScI)

La imagen de la estrella fue mejorada usando Webb.

Incluso con el Webb, o JWST, mirar el Beta Pic en el rango de longitud de onda correcto (en este caso, el infrarrojo medio) fue crucial para detectar la cola del gato, ya que solo aparecía en los datos MIRI. Los datos del infrarrojo medio de Webb también revelaron diferencias de temperatura entre los dos discos de Beta Pic, lo que probablemente se debe a diferencias en la composición.

«No esperábamos que Webb revelara que hay dos tipos diferentes de material alrededor de Beta Pic, pero MIRI nos ha mostrado claramente que el material del disco secundario y la cola del gato está más caliente que el disco principal», dijo Christopher Stark. uno de los coautores del estudio. – Autor del estudio en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. «El polvo que forma este disco y cola debe ser muy oscuro, por lo que no podemos verlo fácilmente en longitudes de onda visibles, pero en el infrarrojo medio brilla».

Para explicar la temperatura más alta, el equipo concluyó que el polvo puede ser un «material orgánico térmico» altamente poroso, similar al material que se encuentra en las superficies de los cometas y asteroides de nuestro sistema solar. Por ejemplo, un análisis preliminar del material extraído del asteroide Bennu por la NASA Osiris-Rex La misión descubrió que era muy oscuro y rico en carbono, tal como lo descubrió MIRI en Beta Pic.

Versión comentada de una imagen de Beta Pictoris tomada por el MIRI (instrumento de infrarrojo medio) de Webb. Se utilizó un coronógrafo (un círculo negro y dos discos pequeños) para bloquear la luz de la estrella central. Algunas características están resaltadas y clasificadas.
Se dibuja una línea blanca sobre el disco de desechos principal naranja y se denomina «nivel del disco principal». El delgado disco azul verdoso está inclinado unos cinco grados en sentido antihorario con respecto al disco primario naranja y está marcado por una línea azul verdosa llamada «disco secundario extendido». Parte de la materia gris acumulada cerca del centro forma una característica curva en la parte superior derecha, que está marcada por una línea amarilla llamada «cola de gato».
La barra de escala muestra que los discos Beta Pic abarcan cientos de unidades astronómicas (AU), donde una AU representa la distancia promedio entre la Tierra y el Sol. (En nuestro sistema solar, Neptuno orbita a una distancia de 30 AU del Sol). En esta imagen, la luz a 15,5 micrones es cian y a 23 micrones es naranja (filtros F1550C y F2300C, respectivamente).
Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

El desconcertante inicio de la cola requiere futuras investigaciones

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

Rebolledo y el equipo diseñaron diferentes escenarios en un intento de imitar la cola de un gato y revelar sus orígenes. Aunque se necesitan más investigaciones y pruebas, el equipo presenta una fuerte hipótesis de que la cola del gato es el resultado de un evento productor de polvo que ocurrió hace sólo cien años.

«Algo sucede, como una colisión, y se produce una gran cantidad de polvo», dice Marshall Perrin, coautor del estudio en el Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. «Al principio, el polvo viaja en la misma dirección orbital que su fuente, pero también comienza a extenderse. La luz de la estrella empuja las partículas de polvo más pequeñas y finas lejos de la estrella más rápidamente, mientras que los granos más grandes no se mueven tanto. creando largos zarcillos de polvo”.

«La característica de la cola de un gato es bastante inusual y la curvatura era difícil de reproducir en un modelo dinámico», explicó Stark. «Nuestro modelo requiere polvo que pueda ser expulsado del sistema muy rápidamente, lo que nuevamente sugiere que está hecho de materia orgánica refractaria».

Imagen ilustrativa del sistema estelar Beta Pictoris tomada con el MIRI (instrumento de infrarrojo medio) de Webb, con flechas de brújula, barra de escala y clave de color como referencia.
Las flechas de la brújula norte y este muestran la dirección de la imagen en el cielo. Observe que la relación entre el norte y el este en el cielo (visto desde abajo) está invertida en relación con las flechas direccionales en el mapa de la Tierra (visto desde arriba).
La barra de escala está etiquetada en unidades astronómicas y segundos de arco. Una UA es la distancia promedio entre la Tierra y el Sol. (En nuestro sistema solar, Neptuno orbita a una distancia de 30 unidades astronómicas del Sol). Los segundos de arco son una medida de la distancia angular en el cielo. Un segundo de arco es igual a 1/3600 de un grado de arco. (El diámetro angular de la Luna es de aproximadamente 0,5 grados). El tamaño real de un objeto que cubre un segundo de arco en el cielo depende de su distancia al telescopio.
Esta imagen muestra longitudes de onda invisibles del infrarrojo medio traducidas a los colores de la luz visible. La clave de color muestra qué filtros MIRI se utilizaron al recoger la luz. El color del nombre de cada filtro es el color de la luz visible utilizada para representar la luz infrarroja que pasa a través de ese filtro.
Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

El modelo preferido del equipo explica el ángulo agudo de la cola alejada del disco como una simple ilusión óptica. Nuestra perspectiva con la forma curva de la cola crea el ángulo observado de la cola, mientras que en realidad, el arco del material solo sale con 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 del gato es equivalente a un gran cinturón de asteroides principal extendido a lo largo de 10 mil millones de millas.

Un evento reciente de producción de polvo dentro de los discos de escombros de Beta Pic también podría explicar la extensión asimétrica recientemente observada del disco interno inclinado, como se muestra en los datos MIRI y solo se ve en el lado opuesto a la cola. La reciente producción de polvo por impacto también podría ser responsable de una característica observada previamente por Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array en 2014: Masa de monóxido de carbono (CO) ubicada cerca de la cola de un gato. Dado que la radiación de la estrella debe descomponer el dióxido de carbono en unos cien años, la concentración de gas aún presente podría ser una evidencia sobreviviente del mismo evento.

«Nuestra investigación sugiere que Beta Pic puede ser más activo y caótico de lo que pensábamos anteriormente», dijo Stark. «El Telescopio Espacial James Webb continúa sorprendiéndonos, incluso cuando observamos objetos bien estudiados. Tenemos una ventana completamente nueva a estos sistemas planetarios».

Estos resultados fueron presentados en una conferencia de prensa en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans, Luisiana.

Las observaciones se tomaron como parte del Programa de Monitoreo de Tiempo Garantizado 1411.

El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio científico espacial más importante del mundo. Webb resuelve los misterios de nuestro sistema solar, mira más allá de los mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. WEB es un programa internacional liderado por la NASA con su socio la Agencia Espacial Europea (ESA).Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.