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 di NASA/ESA hanno rivelato un secondo disco di detriti in questo sistema, inclinato rispetto al primo. Ora, un team di astronomi che utilizza il telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA 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, e ora ricercatrice dell’ESA, ha utilizzato la NIRCam (Near-Infrared Camera) e il MIRI (Mid-Infrared Instrument) di Webb per studiare la composizione del disco di detriti principale e di quello secondario di Beta Pic. I risultati hanno superato le 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 è il disco di detriti che ha tutto: ha una stella molto luminosa e vicina che possiamo studiare molto bene“, ha detto Rebollido. “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 hanno rilevato questa caratteristica”.
Il ritratto di una stella migliorato con Webb
Anche con Webb, scrutare Beta Pic nella giusta gamma di lunghezze d’onda – in questo caso, l’infrarosso medio – è stato fondamentale per rilevare questa “coda di gatto”, 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 Pic, ma MIRI ci ha mostrato chiaramente che il materiale del disco secondario e della coda di gatto è più caldo del disco principale“, ha detto 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 del visibile o del vicino infrarosso, ma nel medio infrarosso è luminosa”.
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 su Beta Pic.
Ricerche future
Tuttavia, rimane una domanda importante: cosa potrebbe spiegare la forma a coda di gatto, una caratteristica curva unica a differenza di ciò che si vede nei dischi attorno ad altre stelle? Rebollido e il team hanno modellato vari scenari nel tentativo di emulare la coda di gatto e svelarne le origini. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche e test, il team presenta una forte ipotesi secondo cui la coda di gatto sia il risultato di un evento di produzione di polvere avvenuto solo cento anni fa.
“Succede qualcosa, come una collisione, e viene prodotta molta polvere“, afferma Marshall Perrin, co-autore 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 filamento di polvere”.
“La caratteristica della coda di 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”.
Il modello preferito dal team spiega l’angolo acuto della coda rispetto al disco come una semplice illusione ottica. La nostra prospettiva combinata con la forma curva della coda crea l’angolo osservato della coda, mentre in realtà l’arco di materiale si allontana dal disco solo con un’inclinazione di cinque gradi. Prendendo in considerazione la luminosità della coda, il team stima che la quantità di polvere all’interno della coda di gatto sia equivalente a quella di un grande asteroide della fascia principale distribuito su 16 miliardi di chilometri.
Un recente evento di produzione di polvere all’interno dei dischi di detriti di Beta Pic potrebbe anche spiegare un’asimmetria precedentemente individuata dall’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array nel 2014: un ciuffo di monossido di carbonio (CO) vicino alla coda di gatto. 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 Pic potrebbe essere ancora più attivo e caotico di quanto pensassimo in precedenza“, ha affermato Stark. “Webb continua a sorprenderci, anche guardando gli oggetti più studiati. Abbiamo una finestra completamente nuova su questi sistemi planetari”.
