El Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha visto Beta Pictoris como nunca antes, capturando una estructura nunca antes vista que le da a un sistema planetario joven una cola de polvo de gato.
A 63 años luz, Beta Pictoris es una estrella dos veces más grande que el Sol y ocho veces más brillante, rodeada por un disco de gas y polvo en el que hay evidencias de que se han formado planetas.
Beta Pictoris fue el primer sistema planetario que los astrónomos identificaron como un disco polvoriento de material compuesto de escombros de las colisiones de asteroides y planetas durante los violentos años de formación del sistema. Después de esto, utilizando el Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos identificaron un segundo disco de escombros y material en el sistema Beta Pictoris.
Ahora, utilizando los instrumentos JWST – la Cámara de Infrarrojo Cercano (NIRCam) y el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) – un equipo de astrónomos ha descubierto otra capa de estructura en el sistema, parte de un disco de escombros secundario en forma de un Rama inclinada de polvo que se extiende desde el suroeste.
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«Beta Pictoris es un disco de escombros que lo tiene todo: tiene una estrella muy brillante y cercana que podemos estudiar muy bien», dijo en un comunicado la líder del equipo de estudio Isabel Rebolido, científica del Centro de Astrobiología de España.
«Cuando hubo observaciones anteriores desde el suelo en este rango de longitud de onda, no tenían la sensibilidad y resolución espacial que tenemos ahora con JWST, por lo que no detectaron esta característica», agregó Rebolido.
La cola de gato de Beta pictoris sólo era visible para el instrumento MIRI porque brilla mucho en la luz infrarroja media, lo que quizás explica por qué se pasó por alto antes.
Rebolido y su equipo también notaron otra característica de Beta Pictoris. También vieron diferencias de temperatura entre los dos discos del sistema planetario, lo que sugiere que pueden tener composiciones diferentes.
«No esperábamos que JWST revelara que hay dos tipos diferentes de material alrededor de Beta Pictoris, pero MIRI nos mostró claramente que el disco secundario y el material de la cola de gato están más calientes que el disco principal», dijo el coautor de la investigación, Christopher Stark. dijo en el mismo comunicado el director del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Maryland. «El polvo que forma el disco y la cola debe ser muy oscuro, por lo que no lo vemos fácilmente en longitudes de onda visibles o en el infrarrojo cercano, pero en el infrarrojo medio brilla».
El equipo teoriza que el disco está compuesto de material oscuro y muy poroso con temperaturas altas similares a las que se encuentran en las superficies de los cometas y asteroides de nuestro sistema solar, conocido como «material refractario orgánico».
¿Qué hizo que la cola del gato cósmico se torciera?
Mientras que los conductistas animales piensan que los gatos curvan sus colas extendidas verticalmente como saludo o para indicar amistad o alegría, Rebolido y sus colegas no están seguros de qué le da forma a esta cola felina cósmica. Esta característica curva no es algo que se vea en los discos de objetos de otros sistemas de formación de planetas.
Para desenredar la cuna de este gato, el equipo ideó varios escenarios para intentar recrear la estructura de la cola del gato y explicar su origen.
«La característica de la cola del gato es extremadamente inusual y fue difícil reproducir la curvatura con un modelo dinámico», explicó Stark. «Nuestro modelo requiere polvo que pueda ser expulsado del sistema muy rápidamente, lo que sugiere nuevamente que está hecho de material refractario orgánico».
Esta investigación llevó al equipo a determinar que la cola del gato puede haber sido causada por un evento generador de polvo que ocurrió hace unos 100 años desde nuestra perspectiva en la Tierra.
«Algo sucede, como una colisión, y se produce una gran cantidad de polvo», dijo en un comunicado el coautor del estudio Marshall Perrin del Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore. «Al principio, el polvo sigue la misma dirección orbital que su origen, pero luego empieza a extenderse».
La luz de la estrella empuja las partículas de polvo pequeñas y esponjosas lejos de la estrella más rápido, añadió Perrin, pero los granos más grandes son más difíciles de desalojar y, por lo tanto, no se mueven tanto, creando un largo hilo de polvo.
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En cuanto al ángulo agudo de la cola de polvo del disco de escombros, Rebolido y sus colegas piensan que beta pictoris es simplemente una ilusión óptica causada por el ángulo observado por JWST. El ángulo real en el que se extiende el rastro de polvo desde el disco de escombros es de sólo unos 5 grados.
Al calcular el brillo de esta característica recién descubierta, los astrónomos pudieron determinar que el polvo en la cola es equivalente a la masa de un asteroide promedio en el cinturón principal entre Júpiter y Marte, que se extiende durante aproximadamente 9,9 mil millones de años. millas (16 mil millones de kilómetros).
Otra característica interesante del sistema es el evento de creación de polvo que le dio a Beta Pictoris sus características felinas. Los investigadores creen que la misma colisión puede ser responsable de la asimetría en Beta Pictoris observada previamente en 2014 por el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA).
Esta asimetría toma la forma de una masa de monóxido de carbono, que se encuentra en la cola del gato. Dado que la radiación de la estrella central no tarda más de un siglo en romper esta masa de monóxido de carbono, la densidad del gas sigue siendo testigo del mismo acontecimiento.
«Nuestra investigación sugiere que la selección beta puede ser más activa y caótica de lo que pensábamos anteriormente», concluyó Stark. «JWST continúa sorprendiéndonos, incluso cuando observamos los objetos mejor estudiados. Tenemos una ventana completamente nueva a estos sistemas planetarios».
La investigación del equipo fue presentada esta semana en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans.
