Podczerwone oko Webba ujawnia dziwną strukturę pyłu przypominającą „koci ogon” w Beta pictoris

Nowe obserwacje w świetle podczerwonym wskazują, że niedawno doszło do potężnej kolizji

Od lat 80. XX wieku układ planetarny wokół gwiazdy Beta Pictoris nadal fascynuje naukowców. Nawet po dziesięcioleciach badań wciąż kryją w sobie niespodzianki.

NASA'S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Otworzyło to nowy, ekscytujący rozdział w historii Beta Pic, który zawiera nowe szczegóły dotyczące powstawania dysków gruzu i nigdy wcześniej nie widzianego śladu pyłu przypominającego ogon kota. Zespół astronomów wysuwa hipotezę, że obiekt ten jest stosunkowo nowym dodatkiem do układu planetarnego – ogonem nie tak starym jak czas.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wykonał zdjęcia układu gwiazd Beta Pictoris. Instrument MIRI (instrument średniej podczerwieni) Webba umożliwił zespołowi astronomów zbadanie składu pierwotnego i wtórnego dysku śmieci Beta Pic – ten ostatni element został wcześniej wykryty przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a.
Nieoczekiwanie możliwości Webba w zakresie podczerwieni wykryły nową cechę systemu Beta Pic: wijącą się gałąź pyłu przypominającą kształtem koci ogon. Ogon ten, który można zaobserwować jedynie w danych MIRI, rozciąga się od południowo-zachodniej części dysku szczątków wtórnych i szacuje się, że rozciąga się na 16 miliardów mil.
Pył tworzący ogon może być podobny do materiału znajdującego się na powierzchniach komet i asteroid w naszym Układzie Słonecznym. Aby zrozumieć pochodzenie kociego ogona, potrzeba dalszych analiz, chociaż zespół uważa, że ​​odpowiedzialne jest za to zdarzenie powodujące powstawanie pyłu, takie jak zderzenia asteroid, komet lub planetozymali.
Zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Kosmiczny Teleskop Webba wykrył zakurzony „koci ogon” w układzie Beta Picturis

Beta Picturis, młody układ planetarny położony zaledwie 63 lata świetlne od nas, nadal interesuje naukowców nawet po dziesięcioleciach dogłębnych badań. Zawiera pierwszy w historii sfotografowany dysk pyłowy wokół innej gwiazdy, dysk szczątków powstałych w wyniku zderzeń asteroid, komet i małych planet. Notatki z NASA Kosmiczny teleskop Hubble Ujawnij A Drugi dysk ze śmieciami W tym układzie jest on nachylony w stosunku do dysku zewnętrznego, co zaobserwowano po raz pierwszy. Teraz zespół astronomów korzystający z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba do wykonywania zdjęć układu Beta Pictoris (Beta Pic) odkrył nową, nigdy wcześniej nie widzianą strukturę.

Zespół kierowany przez Isabel Rebolledo z Centrum Astrobiologii w Hiszpanii użył kamer NIRCam (kamera bliskiej podczerwieni) i MIRI (instrument średniej podczerwieni) firmy Webb do zbadania składu głównych i wtórnych dysków śmieci wykrytych wcześniej przez Beta Pic. Wyniki przekroczyły ich oczekiwania, ujawniając ostro nachyloną gałąź pyłu w kształcie kociego ogona, wystającą z południowo-zachodniej części wtórnego dysku szczątków.

„Beta Pictoris to dysk śmieci, który ma wszystko: ma naprawdę jasną, bliską gwiazdę, którą możemy dobrze zbadać, złożone gwiezdne środowisko oceaniczne z wieloskładnikowym dyskiem, egzokometami i kilkoma sfotografowanymi egzoplanetami” – powiedział Rebolledo . Główny autor badania. „Chociaż istniały już wcześniejsze obserwacje z Ziemi w tym zakresie długości fal, nie zapewniały one takiej czułości i rozdzielczości przestrzennej, jaką mamy teraz dzięki Webbowi, więc nie wykryli tej cechy”.

To animacja przedstawiająca powstawanie kociego ogona, zgodnie z hipotezą zespołu astronomów. Szacuje się, że struktura ta, widoczna w południowo-zachodniej części wtórnego dysku śmieci Beta Pic, rozciąga się na 16 miliardów mil.

Naukowcy wysuwają hipotezę, że ogon kota jest wynikiem zdarzenia powodującego powstawanie pyłu – takiego jak uderzenie – które miało miejsce zaledwie sto lat temu. Początkowo powstały pył podąża w tym samym kierunku orbity, co jego źródło, a następnie zaczyna się rozprzestrzeniać. Światło gwiazd szybciej wypycha mniejsze, drobniejsze cząsteczki pyłu od gwiazdy, podczas gdy większe ziarna nie poruszają się tak bardzo, tworząc smugę pyłu.

Z perspektywy krawędzi ostre pochylenie kociego ogona jest złudzeniem optycznym. Nasza perspektywa w połączeniu z krzywizną ogona tworzy obserwowany kąt, podczas gdy w rzeczywistości wąsy pyłu opuszczają dysk dopiero pod kątem pięciu stopni.

Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Ralph Crawford (STScI)

Obraz gwiazdy został poprawiony za pomocą Webba

Nawet w przypadku Webba, czyli JWST, patrzenie na Beta Pic w odpowiednim zakresie długości fal – w tym przypadku średniej podczerwieni – miało kluczowe znaczenie dla wykrycia kociego ogona, ponieważ pojawił się on jedynie w danych MIRI. Dane Webba wykonane w średniej podczerwieni ujawniły również różnice temperatur między dwoma dyskami Beta Pic, co prawdopodobnie wynika z różnic w składzie.

„Nie spodziewaliśmy się, że Webb ujawni, że wokół Beta Pic znajdują się dwa różne rodzaje materiału, ale MIRI wyraźnie pokazało nam, że materia z dysku dodatkowego i kociego ogona jest gorętsza niż dysk główny” – powiedział Christopher Stark, jeden ze współautorów badania. – Autor badania w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA w Greenbelt w stanie Maryland. „Pył tworzący ten dysk i ogon musi być bardzo ciemny, więc nie możemy go łatwo zobaczyć w zakresie widzialnym, ale w średniej podczerwieni świeci”.

Aby wyjaśnić wyższą temperaturę, zespół doszedł do wniosku, że pył może być wysoce porowatym „termicznym materiałem organicznym”, podobnym do materiału znajdowanego na powierzchniach komet i asteroid w naszym Układzie Słonecznym. Na przykład wstępna analiza materiału pobranego z asteroidy Bennu przez NASA Ozyrys Reks Misja odkryła, że ​​jest bardzo ciemna i bogata w węgiel, podobnie jak to, co MIRI odkryła na Beta Pic.

Wersja z komentarzami zdjęcia Beta Pictoris wykonanego przez MIRI (instrument średniej podczerwieni) Webba. Do zablokowania światła gwiazdy centralnej wykorzystano koronograf (czarny okrąg i dwa małe krążki). Niektóre funkcje są wyróżnione i sklasyfikowane.
Nad pomarańczowym głównym dyskiem śmieci narysowana jest biała linia, nazywana „poziomem dysku głównego”. Cienki niebiesko-zielony dysk jest nachylony o około pięć stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara w stosunku do pomarańczowego dysku głównego i jest oznaczony niebiesko-zieloną linią zwaną „rozszerzonym dyskiem dodatkowym”. Część istoty szarej zebrana w pobliżu środka tworzy zakrzywiony element w prawym górnym rogu, zaznaczony żółtą linią zwaną „kocim ogonem”.
Pasek skali pokazuje, że dyski Beta Pic obejmują setki jednostek astronomicznych (AU), gdzie jedna jednostka AU reprezentuje średnią odległość między Ziemią a Słońcem. (W naszym Układzie Słonecznym Neptun krąży w odległości 30 jednostek astronomicznych od Słońca.) Na tym zdjęciu światło o długości fali 15,5 mikrona jest cyjanowe, a 23 mikronów ma kolor pomarańczowy (odpowiednio filtry F1550C i F2300C).
Zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Zagadkowy początek ogona wymaga przyszłych badań

Pozostaje jednak ważne pytanie: co może wyjaśnić kształt kociego ogona – wyjątkowo zakrzywiony element, odmienny od tego, który można zobaczyć w dyskach wokół innych gwiazd?

Rebolledo i zespół zaprojektowali różne scenariusze, próbując naśladować ogon kota i odkryć jego pochodzenie. Chociaż potrzebne są dalsze badania i testy, zespół przedstawia silną hipotezę, że ogon kota jest wynikiem zdarzenia powodującego powstawanie pyłu, które miało miejsce zaledwie sto lat temu.

„Coś się dzieje – na przykład zderzenie – i powstaje dużo pyłu” – mówi Marshall Perrin, współautor badania w Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland. „Na początku pył ​​przemieszcza się w tym samym kierunku orbity, co jego źródło, ale również zaczyna się rozprzestrzeniać. Światło gwiazdy wypycha mniejsze, drobniejsze cząstki pyłu z gwiazdy szybciej, podczas gdy większe ziarna nie poruszają się tak bardzo, tworząc długie wąsy pyłu.” .

„Cechy kociego ogona są dość niezwykłe, a krzywiznę trudno było odtworzyć w modelu dynamicznym” – wyjaśnił Stark. „Nasz model wymaga pyłu, który można bardzo szybko wypchnąć z układu, co ponownie sugeruje, że jest on wykonany z ogniotrwałej materii organicznej”.

Ilustracyjne zdjęcie układu gwiazd Beta Pictoris wykonane za pomocą instrumentu MIRI (instrumentu średniej podczerwieni) Webba, ze strzałkami kompasu, podziałką i kluczem kolorów w celach informacyjnych.
Strzałki kompasu północnego i wschodniego pokazują kierunek obrazu na niebie. Zauważ, że relacja pomiędzy północą i wschodem na niebie (widziana z dołu) jest odwrócona w stosunku do strzałek kierunkowych na mapie Ziemi (patrząc z góry).
Pasek skali jest oznaczony w jednostkach astronomicznych i sekundach łukowych. Jedna jednostka AU to średnia odległość między Ziemią a Słońcem. (W naszym Układzie Słonecznym Neptun krąży w odległości 30 jednostek astronomicznych od Słońca.) Sekundy łukowe są miarą odległości kątowej na niebie. Jedna sekunda łukowa jest równa 1/3600 jednego stopnia łukowego. (Średnica kątowa Księżyca wynosi około 0,5 stopnia.) Rzeczywisty rozmiar obiektu pokrywającego jedną sekundę łukową na niebie zależy od jego odległości od teleskopu.
To zdjęcie pokazuje niewidzialne długości fal średniej podczerwieni przełożone na kolory światła widzialnego. Klucz kolorów pokazuje, które filtry MIRI zostały użyte podczas zbierania światła. Kolor nazwy każdego filtra to kolor światła widzialnego używanego do przedstawienia światła podczerwonego przechodzącego przez ten filtr.
Zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Model preferowany przez zespół wyjaśnia ostry kąt ogona od krążka jako proste złudzenie optyczne. Nasza perspektywa z zakrzywionym kształtem ogona tworzy obserwowany kąt ogona, podczas gdy w rzeczywistości łuk materii wyłania się z dysku dopiero pod nachyleniem pięciu stopni. Biorąc pod uwagę jasność ogona, zespół szacuje, że ilość pyłu wewnątrz kociego ogona odpowiada dużemu głównemu pasowi asteroid rozciągającemu się na długości 16 miliardów mil.

Niedawne zjawisko wytwarzania pyłu w dyskach szczątków Beta Pic może również wyjaśnić nowo zaobserwowane asymetryczne rozciąganie nachylonego dysku wewnętrznego, jak pokazano w danych MIRI i widać je tylko po stronie przeciwnej do ogona. Niedawna produkcja pyłu uderzeniowego może być również odpowiedzialna za zjawisko zaobserwowane wcześniej przez Atacama duża tablica milimetrowa/submilimetrowa w 2014 r: Masa tlenku węgla (CO) zlokalizowana w pobliżu kociego ogona. Ponieważ promieniowanie gwiazdy musi rozbić dwutlenek węgla w ciągu około stu lat, stężenie wciąż obecnego gazu może stanowić dowód tego samego zdarzenia.

„Nasze badania sugerują, że Beta Pic może być bardziej aktywna i chaotyczna, niż wcześniej sądzono” – powiedział Stark. „Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wciąż nas zaskakuje, nawet gdy patrzymy na dobrze zbadane obiekty. Mamy zupełnie nowe spojrzenie na te układy planetarne.”

Wyniki te zostały zaprezentowane na konferencji prasowej podczas 243. spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Nowym Orleanie w Luizjanie.

Obserwacje wykonano w ramach Programu Monitorowania Gwarantowanego Czasu 1411.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wiodącym na świecie obserwatorium nauk o kosmosie. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. WEB to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami Europejską Agencją Kosmiczną (ESA).Europejska Agencja Kosmiczna) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna.