Webbovo infračervené oko odhaluje zvláštní prachovou strukturu podobnou „kočičímu ocasu“ v Beta pictoris

Nová pozorování v infračerveném světle naznačují, že nedávno došlo k masivní srážce

Od 80. let 20. století planetární systém kolem hvězdy Beta Pictoris nepřestává fascinovat vědce. I po desetiletích studia stále přinášejí překvapení.

NASA's Vesmírný dalekohled Jamese Webba Otevřelo to vzrušující novou kapitolu příběhu Beta Pic, která obsahuje nové podrobnosti o vytváření disků trosek a dosud neviděnou prachovou stopu, která připomíná kočičí ocas. Tým astronomů předpokládá, že tato funkce je relativně nedávným přírůstkem do planetárního systému – ohonem, který není tak starý jako čas.

Vesmírný dalekohled NASA James Webb Space Telescope zobrazil hvězdný systém Beta Pictoris. Webbův MIRI (střední infračervený přístroj) umožnil týmu astronomů prozkoumat složení primárních a sekundárních disků trosek Beta Pic – posledně jmenovaný objekt dříve detekovaný Hubbleovým vesmírným teleskopem.
Infračervené schopnosti Webbu neočekávaně odhalily novou vlastnost systému Beta Pic: klikatou větev prachu připomínající tvar kočičího ocasu. Tento ohon, který je pozorovatelný pouze v datech MIRI, se rozprostírá od jihozápadní části sekundárního troskového disku a odhaduje se, že dosahuje 10 miliard mil.
Prach, který tvoří ohon, může být podobný materiálu, který se nachází na povrchu komet a asteroidů v naší sluneční soustavě. K pochopení původu kočičího ocasu je zapotřebí více analýz, ačkoli tým věří, že za to může událost produkující prach – jako jsou srážky mezi asteroidy, kometami nebo planetesimály.
Obrazový kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Webbův vesmírný dalekohled detekuje zaprášený „kočičí ocas“ v systému Beta Picturis

Beta Picturis, mladá planetární soustava, která se nachází pouhých 63 světelných let daleko, stále zajímá vědce i po desetiletích hloubkových studií. Má vůbec první prachový disk, který byl kdy zachycen kolem jiné hvězdy, disk trosek vzniklých ze srážek mezi asteroidy, kometami a malými planetami. Poznámky z NASA Hubbleův vesmírný dalekohled Odhalit a Druhý disk na nečistoty V tomto systému je nakloněn vzhledem k vnějšímu disku, který byl poprvé spatřen. Nyní tým astronomů využívajících vesmírný teleskop Jamese Webba NASA k zobrazení systému Beta Pictoris (Beta Pic) objevil novou, dosud neviděnou strukturu.

Tým vedený Isabel Rebolledo z Astrobiologického centra ve Španělsku použil Webbův NIRCam (blízká infračervená kamera) a MIRI (střední infračervený přístroj) ke zkoumání složení primárních a sekundárních disků trosek, které dříve detekoval Beta Pic. Výsledky předčily jejich očekávání a odhalily ostře nakloněnou prachovou větev ve tvaru kočičího ocasu, která se táhne z jihozápadní části sekundárního disku.

„Beta Pictoris je troskový disk, který má všechno: má opravdu jasnou, blízkou hvězdu, kterou můžeme dobře studovat, komplexní hvězdné oceánské prostředí s vícesložkovým diskem, exokomety a několik exoplanet,“ řekl Rebolledo. . Vedoucí autor studie. „Ačkoli existovala předchozí pozorování ze Země v tomto rozsahu vlnových délek, neměla citlivost a prostorové rozlišení, jaké máme nyní s Webbem, takže tuto vlastnost nezjistili.“

Toto je animace znázorňující vznik kočičího ocasu, jak předpokládal tým astronomů. Tato struktura, viditelná v jihozápadní části sekundárního disku trosek Beta Pic, se odhaduje na 10 miliard mil.

Vědci předpokládají, že kočičí ocas je výsledkem události produkující prach – jako je náraz – ke kterému došlo právě před sto lety. Zpočátku výsledný prach sleduje stejný orbitální směr jako jeho zdroj a pak se začne šířit. Hvězdné světlo odtlačuje menší, jemnější prachové částice od hvězdy rychleji, zatímco větší zrna se tolik nepohybují a vytvářejí prachovou stopu.

Z pohledu okraje je ostrý sklon kočičího ocasu optický klam. Naše perspektiva v kombinaci se zakřivením ocasu vytváří pozorovaný úhel, zatímco ve skutečnosti prachové úponky opouštějí disk pouze při sklonu pěti stupňů.

Obrazový kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Ralph Crawford (STScI)

Obraz hvězdy byl vylepšen pomocí Webb

Dokonce i s Webb nebo JWST byl pohled na Beta Pic ve správném rozsahu vlnových délek – v tomto případě střední infračervené – rozhodující pro detekci kočičího ocasu, protože se objevil pouze v datech MIRI. Webbova střední infračervená data také odhalila teplotní rozdíly mezi dvěma disky Beta Pic, což je pravděpodobně způsobeno rozdíly ve složení.

„Nečekali jsme, že Webb odhalí, že kolem Beta Picu jsou dva různé typy materiálu, ale MIRI nám jasně ukázala, že materiál ze sekundárního disku a kočičího ocasu je žhavější než z hlavního disku,“ řekl Christopher Stark, jeden ze spoluautorů studie. – Autor studie v Goddardově centru kosmických letů NASA v Greenbeltu, Maryland. „Prach, který tvoří tento disk a ohon, musí být velmi tmavý, takže ho nemůžeme snadno vidět na viditelných vlnových délkách – ale ve střední infračervené oblasti září.“

Aby vysvětlil vyšší teplotu, tým dospěl k závěru, že prach může být vysoce porézní „tepelný organický materiál“, podobný materiálu, který se nachází na povrchu komet a asteroidů v naší sluneční soustavě. Například předběžná analýza materiálu odebraného NASA z asteroidu Bennu Osiris Rex Mise zjistila, že je velmi tmavý a bohatý na uhlík, stejně jako to, co MIRI objevila v Beta Pic.

Komentovaná verze snímku Beta Pictoris pořízená Webbovým MIRI (střední infračervený přístroj). K zablokování světla centrální hvězdy byl použit koronograf (černý kruh a dva malé disky). Některé funkce jsou zvýrazněny a klasifikovány.
Nad oranžovým hlavním diskem nečistot je nakreslena bílá čára, která se nazývá „úroveň hlavního disku“. Tenký modrozelený disk je nakloněn asi o pět stupňů proti směru hodinových ručiček vzhledem k oranžovému primárnímu disku a je označen modrozelenou čarou zvanou „prodloužený sekundární disk.“ Některá šedá hmota shromážděná poblíž středu tvoří zakřivený útvar v pravém horním rohu, který je označen žlutou čarou zvanou „kočičí ocas“.
Měřítko ukazuje, že disky Beta Pic pokrývají stovky astronomických jednotek (AU), kde jedna AU představuje průměrnou vzdálenost mezi Zemí a Sluncem. (V naší sluneční soustavě Neptun obíhá ve vzdálenosti 30 AU od Slunce.) Na tomto obrázku je světlo o 15,5 mikronu azurové a 23 mikronů oranžové (filtry F1550C a F2300C).
Obrazový kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Záhadný začátek ocasu vyžaduje budoucí výzkum

Zůstává však velká otázka: Co by mohlo vysvětlit tvar kočičího ocasu, jedinečně zakřivený útvar na rozdíl od toho, co je vidět na discích kolem jiných hvězd?

Rebolledo a tým navrhli různé scénáře ve snaze napodobit kočičí ocas a odhalit jeho původ. Přestože je zapotřebí více výzkumu a testování, tým předkládá silnou hypotézu, že kočičí ocas je výsledkem události produkující prach, ke které došlo teprve před sto lety.

„Něco se stane – jako srážka – a vznikne spousta prachu,“ říká Marshall Perrin, spoluautor studie na Space Telescope Science Institute v Baltimoru, Maryland. „Zpočátku se prach pohybuje ve stejném orbitálním směru jako jeho zdroj, ale také se začíná šířit. Světlo z hvězdy odtlačuje menší, jemnější prachové částice pryč od hvězdy rychleji, zatímco větší zrna se tolik nepohybují, “ říká: „Prak se pohybuje ve stejném směru jako jeho zdroj.“ vytváření dlouhých úponků prachu.“ .

„Vlastnost kočičího ocasu je poměrně neobvyklá a zakřivení bylo obtížné reprodukovat v dynamickém modelu,“ vysvětlil Stark. „Náš model vyžaduje prach, který lze velmi rychle vytlačit ze systému, což opět naznačuje, že je vyroben ze žáruvzdorné organické hmoty.“

Ilustrativní obrázek hvězdného systému Beta Pictoris pořízený Webbovým MIRI (střední infračervený přístroj), se šipkami kompasu, stupnicí a barevným klíčem pro referenci.
Severní a východní šipky kompasu ukazují směr obrázku na obloze. Všimněte si, že vztah mezi severem a východem na obloze (při pohledu zdola) je převrácený vzhledem ke směrovým šipkám na mapě Země (při pohledu shora).
Měřítko je označeno v astronomických jednotkách a obloukových sekundách. Jedna AU je průměrná vzdálenost mezi Zemí a Sluncem. (V naší sluneční soustavě obíhá Neptun ve vzdálenosti 30 astronomických jednotek od Slunce.) Obloukové sekundy jsou mírou úhlové vzdálenosti na obloze. Jedna oblouková vteřina se rovná 1/3600 jednoho obloukového stupně. (Úhlový průměr Měsíce je asi 0,5 stupně.) Skutečná velikost objektu pokrývajícího jednu úhlovou sekundu na obloze závisí na jeho vzdálenosti od dalekohledu.
Tento obrázek ukazuje neviditelné střední infračervené vlnové délky převedené do barev viditelného světla. Barevné tlačítko ukazuje, které filtry MIRI byly použity při sběru světla. Barva názvu každého filtru je barva viditelného světla, která představuje infračervené světlo procházející tímto filtrem.
Obrazový kredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Tým preferovaný model vysvětluje ostrý úhel ocasu od puku jako jednoduchou optickou iluzi. Naše perspektiva se zakřiveným tvarem ocasu vytváří pozorovaný úhel ocasu, zatímco ve skutečnosti oblouk materiálu ustupuje pouze se sklonem o pět stupňů. Vezmeme-li v úvahu jas ocasu, tým odhaduje, že množství prachu uvnitř kočičího ocasu odpovídá velkému hlavnímu pásu asteroidů rozprostírajícím se v délce 10 miliard mil.

Nedávná událost produkce prachu na discích Beta Pic's by mohla také vysvětlit nově pozorované asymetrické prodloužení nakloněného vnitřního disku, jak je ukázáno na datech MIRI a je vidět pouze na straně protilehlé k ocasu. Nedávná produkce nárazového prachu by také mohla být zodpovědná za rys, který byl dříve pozorován Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array v roce 2014: Hmota oxidu uhelnatého (CO) umístěná v blízkosti kočičího ocasu. Vzhledem k tomu, že záření hvězdy musí rozložit oxid uhličitý během asi sta let, koncentrace stále přítomného plynu by mohla být přežívajícím důkazem stejné události.

„Náš výzkum naznačuje, že Beta Pic může být aktivnější a chaotičtější, než jsme si dříve mysleli,“ řekl Stark. „Vesmírný dalekohled Jamese Webba nás nepřestává překvapovat, i když se díváme na dobře prostudované objekty. Máme zcela nové okno o těchto planetárních systémech.“

Tyto výsledky byly prezentovány na tiskové konferenci na 243. zasedání Americké astronomické společnosti v New Orleans v Louisianě.

Pozorování byla provedena v rámci programu 1411 Assured Time Monitoring Programme.

Vesmírný dalekohled Jamese Webba je přední světová observatoř pro vesmírnou vědu. Webb řeší záhady naší sluneční soustavy, dívá se za vzdálené světy kolem jiných hvězd a zkoumá tajemné struktury a původ našeho vesmíru a naše místo v něm. WEB je mezinárodní program vedený NASA se svými partnery Evropskou kosmickou agenturou (ESA).Evropská kosmická agentura) a Kanadská kosmická agentura.