Il telescopio spaziale James Webb della NASA ha svelato un nuovo entusiasmante capitolo della storia di Beta Pictoris, che include nuovi dettagli sulla composizione dei suoi dischi di detriti e una scia di polvere mai vista prima che somiglia alla coda di un gatto. Un team di astronomi ipotizza che questa caratteristica sia un’aggiunta relativamente recente al sistema planetario.
Il telescopio spaziale Webb scopre il disco di polvere nel sistema Beta Pictoris
Beta Pictoris, un giovane sistema planetario situato a soli 63 anni luce di distanza, continua ad incuriosire gli scienziati anche dopo decenni di studi approfonditi. Possiede il primo disco di polvere ripreso attorno a un’altra stella: un disco di detriti prodotto dalle collisioni tra asteroidi, comete e planetesimi. Le osservazioni del telescopio spaziale Hubble della NASA hanno rivelato un secondo disco di detriti in questo sistema, inclinato rispetto al disco esterno, visto per primo. 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 Rebollido del Centro di Astrobiologia in Spagna, ha utilizzato la NIRCam (Near-Infrared Camera) e il MIRI (Mid-Infrared Instrument) di Webb per indagare la composizione dei dischi di detriti principali e secondari precedentemente rilevati da Beta Pictoris. I risultati hanno superato le loro aspettative, rivelando un ramo di polvere fortemente inclinato, a forma di coda di gatto, che si estende dalla porzione sud-ovest del disco di detriti secondario.
“Beta Pictoris possiede un disco di detriti completo: ha una stella molto luminosa e vicina che possiamo studiare molto bene, e un ambiente cirumstellare complesso con un disco multicomponente, esocomete e due esopianeti fotografati”, ha affermato Rebollido, autrice principale dello studio. “Sebbene siano state effettuate precedenti osservazioni da terra in questo intervallo di lunghezze d’onda, non avevano la sensibilità e la risoluzione spaziale che abbiamo ora con Webb, quindi non era stata rilevata questa caratteristica”, ha aggiunto.
Gli scienziati ipotizzano che “la coda di gatto” sia il risultato di un evento di produzione di polvere, come una collisione, avvenuto solo cento anni fa. Inizialmente, la polvere creata segue la stessa direzione orbitale della fonte, quindi inizia a diffondersi. La luce della stella spinge le particelle di polvere più piccole e soffici lontano dalla stella più velocemente, mentre i granelli più grandi non si muovono così tanto, creando una scia di polvere.
Da una prospettiva laterale, la forte inclinazione della “coda del gatto” è un’illusione ottica. La nostra prospettiva, insieme alla curvatura della coda, crea l’angolo osservato, mentre in realtà il viticcio di polvere si allontana dal disco solo con un’inclinazione di cinque gradi, sostengono i ricercatori.
Il ritratto di una stella migliorato con Webb
Anche con Webb, o JWST, scrutare Beta Pictoris nella giusta gamma di lunghezze d’onda – in questo caso, l’infrarosso medio – è stato fondamentale per rilevare la polvere di detriti, 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 Pictoris, ma MIRI ci ha mostrato chiaramente che il materiale del disco secondario è più caldo del disco principale”, ha dichiarato Christopher Stark, un co-autore dello studio presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. “La polvere che forma il disco e la coda deve essere molto scura, quindi non la vediamo facilmente alle lunghezze d’onda visibili, ma nel medio infrarosso è luminosa”, ha aggiunto.
Per spiegare la temperatura più alta, il team ha dedotto che la polvere potrebbe essere un “materiale refrattario organico” altamente poroso, simile alla materia trovata sulla superficie delle comete e degli asteroidi nel nostro sistema solare. Ad esempio, un’analisi preliminare del materiale campionato dall’asteroide Bennu dalla missione OSIRIS-REx della NASA, ha scoperto che era molto scuro e ricco di carbonio, proprio come quello rilevato dal MIRI a Beta Pictoris.
Ricerche future garantite
Tuttavia, rimane una domanda importante: cosa potrebbe spiegare la forma della “coda del gatto”, una caratteristica curva unica a differenza di quella osservata nei dischi attorno ad altre stelle?
Rebollido e il team hanno modellato vari scenari nel tentativo di emulare e svelarne 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.
“Probabilmente un evento, come una collisione, ha prodotto molta polvere”, ha affermato Marshall Perrin, coautore dello studio presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland. “All’inizio, 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 soffici lontano dalla stella più velocemente, mentre i granelli più grandi non si muovono così tanto, creando un lungo viticcio di polvere”.
“La caratteristica della coda del gatto è molto insolita e riprodurre la curvatura con un modello dinamico è stato difficile”, ha spiegato Stark. “Il nostro modello richiede polvere che possa essere espulsa dal sistema in modo estremamente rapido, il che suggerisce ancora una volta che sia fatto di materiale refrattario organico.”
Prendendo in considerazione la luminosità della coda, il team stima che la quantità di polvere al suo interno sia equivalente a quella di un grande asteroide della fascia principale distribuito su 10 miliardi di miglia.
Un recente evento di produzione di polvere all’interno dei dischi di detriti di Beta Pictoris potrebbe anche spiegare un’estensione asimmetrica appena vista del disco interno inclinato, come mostrato nei dati MIRI e visto solo sul lato opposto della coda. La recente produzione di polvere da collisione potrebbe anche spiegare una caratteristica precedentemente individuata dall’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array nel 2014 : un “ciuffo” di monossido di carbonio (CO) situato vicino. Poiché la radiazione della stella dovrebbe scomporre la CO entro circa cento anni, questa concentrazione di gas ancora presente potrebbe essere una prova persistente dello stesso evento.
“La nostra ricerca suggerisce che Beta Pictoris potrebbe essere ancora più attivo e caotico di quanto pensassimo in precedenza”, ha affermato Stark. “JWST continua a sorprenderci, anche guardando gli oggetti più studiati. Abbiamo una finestra completamente nuova su questi sistemi planetari”, ha concluso.
Questi risultati sono stati presentati in una conferenza stampa al 243esimo incontro dell’American Astronomical Society a New Orleans, in Louisiana.
