Інфрачервоне око Вебба виявляє дивну структуру пилу, схожу на «котячий хвіст» у Beta Pictoris

Нові спостереження в інфрачервоному світлі вказують на те, що нещодавно відбулося масштабне зіткнення

З 1980-х років планетна система навколо зірки Бета Живописця продовжує захоплювати вчених. Навіть після десятиліть вивчення вони все ще таять сюрпризи.

НАСА's Космічний телескоп Джеймса Вебба Він відкрив нову захоплюючу главу в історії бета-версії Pic, яка включає нові подробиці про утворення сміттєвих дисків і пиловий слід, який ніколи раніше не бачив, що нагадує котячий хвіст. Команда астрономів припускає, що ця особливість є відносно недавнім доповненням планетарної системи – хвіст, який не такий старий, як час.

Космічний телескоп Джеймса Вебба NASA зробив зображення зоряної системи Beta Pictoris. Інструмент MIRI Вебба (Mid Infrared Instrument) дозволив групі астрономів дослідити склад первинного та вторинного дисків уламків Beta Pic – останню функцію раніше виявив космічний телескоп Hubble.
Несподівано інфрачервоні можливості Вебба виявили нову функцію системи Beta Pic: звивисту гілку пилу, що нагадує форму котячого хвоста. Цей хвіст, який можна спостерігати лише в даних MIRI, тягнеться від південно-західної частини вторинного диска уламків і, за оцінками, простягається на 10 мільярдів миль.
Пил, який утворює хвіст, може бути схожий на матеріал, що знаходиться на поверхні комет і астероїдів у нашій Сонячній системі. Потрібний додатковий аналіз, щоб зрозуміти походження котячого хвоста, хоча команда вважає, що причиною є подія, що утворює пил, наприклад зіткнення астероїдів, комет або планетезималей.
Автор зображення: NASA, ESA, CSA, STScI, Крістофер Старк (NASA-GSFC), Келлен Лоусон (NASA-GSFC), Йенс Каммерер (ESO), Маршалл Перрін (STScI)

Космічний телескоп Вебба виявив запорошений «котячий хвіст» у системі Beta Picturis

Beta Picturis, молода планетарна система, розташована всього за 63 світлових роки від нас, продовжує цікавити вчених навіть після десятиліть поглиблених досліджень. Він має перший пиловий диск, який коли-небудь було зображено навколо іншої зірки, диск із уламків, що утворився в результаті зіткнення астероїдів, комет і малих планет. Нотатки NASA Космічний телескоп Хаббл Розкрити a Другий диск для сміття У цій системі він нахилений відносно зовнішнього диска, який ми побачили вперше. Тепер команда астрономів за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба NASA для зображення системи Beta Pictoris (Beta Pic) виявила нову, ніколи раніше не бачену структуру.

Команда під керівництвом Ізабель Реболледо з Центру астробіології в Іспанії використовувала Webb NIRCam (камера ближнього інфрачервоного діапазону) і MIRI (інструмент середнього інфрачервоного діапазону), щоб дослідити склад первинних і вторинних дисків уламків, раніше виявлених Beta Pic. Результати перевершили їхні очікування, виявивши різко нахилену пилову гілку у формі котячого хвоста, що тягнеться від південно-західної частини вторинного диска уламків.

«Бета Pictoris — це уламковий диск, у якому є все: він має справді яскраву, близьку зірку, яку ми можемо добре вивчити, складне зоряне океанічне середовище з багатокомпонентним диском, екзокометами та парою зображених екзопланет», — сказав Реболледо. . Провідний автор дослідження. «Хоча були попередні спостереження із Землі в цьому діапазоні довжин хвиль, вони не мали чутливості та просторової роздільної здатності, які ми маємо зараз у Вебба, тому вони не виявили цю особливість».

Це анімація, яка зображує утворення котячого хвоста, як припустила група астрономів. Ця структура, видима в південно-західній частині вторинного уламкового диска Beta Pic, за оцінками, простягається на 10 мільярдів миль.

Вчені припускають, що котячий хвіст є результатом події, що утворює пил, наприклад удару, який стався всього сто років тому. Спочатку пил, що утворюється, рухається в тому ж орбітальному напрямку, що й джерело, а потім починає поширюватися. Зоряне світло швидше відштовхує дрібніші дрібні частинки пилу від зірки, тоді як більші частинки не так сильно рухаються, створюючи пиловий слід.

З точки зору краю, різкий нахил котячого хвоста є оптичною ілюзією. Наша перспектива в поєднанні з викривленням хвоста створює спостережуваний кут, тоді як насправді вусики пилу покидають диск лише під нахилом у п’ять градусів.

Автор зображення: NASA, ESA, CSA, STScI, Ральф Кроуфорд (STScI)

Зображення зірки було покращено за допомогою Webb

Навіть за допомогою Webb, або JWST, перегляд Beta Pic у правильному діапазоні довжин хвиль — у цьому випадку, середньому інфрачервоному діапазоні — мав вирішальне значення для виявлення котячого хвоста, оскільки він з’являвся лише в даних MIRI. Середні інфрачервоні дані Вебба також виявили різницю температур між двома дисками Beta Pic, що, ймовірно, пов’язано з різницею в складі.

«Ми не очікували, що Вебб розкриє, що навколо Beta Pic існує два різних типи матеріалу, але MIRI чітко показав нам, що матеріал із вторинного диска та котячого хвоста гарячіший, ніж основний диск», — сказав Крістофер Старк, один із співавторів дослідження. – Автор дослідження в Центрі космічних польотів імені Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Меріленд. «Пил, який утворює цей диск і хвіст, має бути дуже темним, тому ми не можемо його легко побачити у видимому діапазоні хвиль, але в середньому інфрачервоному діапазоні він світиться».

Щоб пояснити більш високу температуру, команда прийшла до висновку, що пил може бути дуже пористим «тепловим органічним матеріалом», подібним до матеріалу, знайденого на поверхні комет і астероїдів у нашій Сонячній системі. Наприклад, попередній аналіз матеріалу, взятого з астероїда Бенну NASA Осіріс Рекс Місія виявила, що він дуже темний і багатий вуглецем, як і те, що MIRI виявив у Beta Pic.

Коментована версія зображення Beta Pictoris, зробленого MIRI Вебба (інструмент середнього інфрачервоного діапазону). Для блокування світла центральної зірки використовувався коронограф (чорне коло і два маленьких диски). Деякі функції виділені та класифіковані.
Біла лінія намальована над помаранчевим основним диском уламків і називається «рівнем основного диска». Тонкий синьо-зелений диск нахилений приблизно на п’ять градусів проти годинникової стрілки відносно помаранчевого основного диска та позначений синьо-зеленою лінією, що називається «розширеним вторинним диском». Деяка сіра речовина, зібрана поблизу центру, утворює вигнутий елемент у верхньому правому куті, який позначено жовтою лінією, яка називається «котячий хвіст».
Масштабна шкала показує, що диски Beta Pic охоплюють сотні астрономічних одиниць (AU), де одна AU представляє середню відстань між Землею та Сонцем. (У нашій Сонячній системі Нептун обертається на відстані 30 астрономічних одиниць від Сонця.) На цьому зображенні світло 15,5 мікрон має блакитний колір, а 23 мікрони — оранжевий (фільтри F1550C і F2300C відповідно).
Автор зображення: NASA, ESA, CSA, STScI, Крістофер Старк (NASA-GSFC), Келлен Лоусон (NASA-GSFC), Йенс Каммерер (ESO), Маршалл Перрін (STScI)

Загадковий початок хвоста вимагає майбутніх досліджень

Однак залишається велике питання: чим можна пояснити форму котячого хвоста, унікальну вигнуту особливість, яка не схожа на диски навколо інших зірок?

Реболледо та команда розробили різні сценарії, намагаючись імітувати котячий хвіст і розкрити його походження. Хоча потрібні додаткові дослідження та тестування, команда висуває сильну гіпотезу про те, що котячий хвіст є результатом утворення пилу, яке сталося лише сто років тому.

«Щось стається, наприклад зіткнення, і утворюється багато пилу», — каже Маршалл Перрін, співавтор дослідження в Науковому інституті космічного телескопа в Балтіморі, штат Меріленд. “Спочатку пил рухається в тому ж орбітальному напрямку, що й його джерело, але він також починає поширюватися. Світло від зірки швидше відштовхує дрібніші частинки пилу від зірки, тоді як більші частинки рухаються не так сильно, створюючи довгі вусики пилу».

«Особливість котячого хвоста досить незвичайна, і кривизну було важко відтворити в динамічній моделі», — пояснив Старк. «Для нашої моделі потрібен пил, який можна виштовхнути із системи дуже швидко, що ще раз говорить про те, що вона зроблена з тугоплавкої органічної речовини».

Ілюстративне зображення зоряної системи Beta Pictoris, зроблене за допомогою приладу MIRI Вебба (середнього інфрачервоного діапазону), зі стрілками компаса, шкалою та кольоровим ключем для довідки.
Стрілки компаса на північ і схід показують напрямок зображення на небі. Зверніть увагу, що співвідношення між північчю та сходом на небі (якщо видно знизу) інвертується відносно стрілок напрямків на карті Землі (якщо видно згори).
Масштабна шкала позначається в астрономічних одиницях і кутових секундах. Одна АС — це середня відстань між Землею і Сонцем. (У нашій Сонячній системі Нептун обертається на відстані 30 астрономічних одиниць від Сонця.) Кутові секунди – це міра кутової відстані на небі. Одна кутова секунда дорівнює 1/3600 одного градуса дуги. (Кутовий діаметр Місяця становить приблизно 0,5 градуса.) Фактичний розмір об’єкта, що покриває одну кутову секунду в небі, залежить від його відстані від телескопа.
На цьому зображенні показано невидимі хвилі середнього інфрачервоного діапазону, перетворені на кольори видимого світла. Кольоровий ключ показує, які фільтри MIRI використовувалися під час збору світла. Колір назви кожного фільтра — це колір видимого світла, який використовується для представлення інфрачервоного світла, що проходить через цей фільтр.
Автор зображення: NASA, ESA, CSA, STScI, Крістофер Старк (NASA-GSFC), Келлен Лоусон (NASA-GSFC), Йенс Каммерер (ESO), Маршалл Перрін (STScI)

Найкраща модель команди пояснює гострий кут хвоста від шайби простою оптичною ілюзією. Наша перспектива з вигнутою формою хвоста створює спостережуваний кут хвоста, тоді як насправді дуга речовини виходить із диска лише під нахилом у п’ять градусів. Беручи до уваги яскравість хвоста, команда підрахувала, що кількість пилу всередині хвоста кота еквівалентна великому головному поясу астероїдів, що поширюється на 10 мільярдів миль.

Нещодавня подія утворення пилу в дисках уламків Beta Pic також може пояснити нещодавно спостережене асиметричне розширення нахиленого внутрішнього диска, як показано в даних MIRI і видно лише з боку, протилежного хвосту. Нещодавнє утворення пилу при ударі також може бути відповідальним за особливість, яку раніше спостерігав Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array у 2014 році: Маса чадного газу (CO), розташована біля хвоста кота. Оскільки випромінювання зірки має розщепити вуглекислий газ приблизно за сто років, концентрація газу, яка все ще присутня, може бути доказом тієї самої події.

«Наше дослідження показує, що Beta Pic може бути більш активним і хаотичним, ніж ми думали раніше», — сказав Старк. “Космічний телескоп Джеймса Вебба продовжує дивувати нас, навіть якщо дивитися на добре вивчені об'єкти. У нас є зовсім нове вікно на ці планетарні системи”.

Ці результати були представлені на прес-конференції на 243-й зустрічі Американського астрономічного товариства в Новому Орлеані, Луїзіана.

Спостереження були зроблені в рамках Програми моніторингу гарантованого часу 1411.

Космічний телескоп Джеймса Вебба є провідною у світі обсерваторією космічної науки. Вебб розгадує таємниці нашої сонячної системи, дивиться за межі далеких світів навколо інших зірок і досліджує таємничі структури та походження нашого Всесвіту та наше місце в ньому. WEB — це міжнародна програма, яку очолює NASA разом зі своїми партнерами Європейським космічним агентством (ESA).Європейське космічне агентство) і Канадське космічне агентство.