На этом изображении, полученном с помощью MIRI (среднего инфракрасного прибора) Уэбба, показана звездная система Бета Живописца. Видимый с ребра диск из пылевых обломков, образовавшийся в результате столкновений планетезималей (оранжевый), доминирует над изображением и помечен как «главная плоскость диска». Хотя вторичный диск (голубой), наклоненный на 5 градусов относительно основного, уже был известен, Уэбб показал его истинный размер в левом нижнем углу. Уэбб также обнаружил ранее не встречавшуюся особенность — кошачий хвост. Коронограф (черный круг и два маленьких диска) использовался, чтобы блокировать свет центральной звезды. Масштабная линейка показывает, что диски Beta Pic простираются на сотни астрономических единиц (а.е.), где одна а.е. — это среднее расстояние от Земли до Солнца. (В нашей Солнечной системе Нептун вращается на расстоянии 30 а.е. от Солнца.) На этом изображении свет с длиной волны 15,5 микрон окрашен в голубой цвет, а свет с длиной волны 23 микрона — в оранжевый (фильтры F1550C и F2300C соответственно). Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА, STScI, К. Старк и К. Лоусон (NASA GSFC), Дж. Каммерер (ESO) и М. Перрин (STScI).
Бета Живописца, молодая планетная система, расположенная всего в 63 световых годах от нас, продолжает интриговать ученых даже после десятилетий углубленного изучения. Она обладает первым пылевым диском, изображенным вокруг другой звезды — диском обломков, образовавшимся в результате столкновений астероидов, комет и планетезималей.
Наблюдения с космического телескопа «Хаббл» НАСА выявили второй диск обломков в этой системе, наклоненный по отношению к внешнему диску, который был замечен первым. Теперь команда астрономов, использующая космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА для изображения системы Бета Живописца (Beta Pic), обнаружила новую, ранее невиданную структуру.
Команда, возглавляемая Изабель Реболлидо из Астробиологического центра в Испании, использовала NIRCam Уэбба (камеру ближнего инфракрасного диапазона) и MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона) для исследования состава ранее обнаруженных основного и вторичного дисков обломков Beta Pic. Результаты превзошли их ожидания, обнаружив резко наклоненную ветвь пыли, имеющую форму кошачьего хвоста, которая простирается от юго-западной части вторичного диска обломков.
«Бета Живописца — это диск обломков, в котором есть все: у него есть очень яркая, близкая звезда, которую мы можем очень хорошо изучить, и сложная околозвездная среда с многокомпонентным диском, экзокометами и двумя экзопланетами», — сказал Реболлидо, ведущий автор исследования. «Хотя и раньше проводились наблюдения с земли в этом диапазоне длин волн, они не обладали той чувствительностью и пространственным разрешением, которые мы сейчас имеем с Уэббом, поэтому они не обнаружили эту особенность».
Портрет звезды улучшился благодаря Уэббу
Даже при использовании Webb или JWST просмотр Beta Pic в правильном диапазоне длин волн — в данном случае в среднем инфракрасном диапазоне — имел решающее значение для обнаружения кошачьего хвоста, поскольку он появлялся только в данных MIRI. Данные Уэбба в среднем инфракрасном диапазоне также выявили разницу в температуре между двумя дисками Beta Pic, что, вероятно, связано с различиями в составе.
«Мы не ожидали, что Уэбб раскроет, что вокруг Beta Pic есть два разных типа материала, но MIRI ясно показал нам, что материал вторичного диска и кошачьего хвоста горячее, чем основной диск», — сказал Кристофер Старк, сотрудник — автор исследования в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Пыль, образующая этот диск и хвост, должна быть очень темной, поэтому нам нелегко увидеть ее в видимом диапазоне волн, но в среднем инфракрасном диапазоне она светится».
Чтобы объяснить более высокую температуру, команда пришла к выводу, что пыль может представлять собой высокопористый «органический тугоплавкий материал», подобный веществу, обнаруженному на поверхностях комет и астероидов в нашей Солнечной системе. Например, предварительный анализ материала, взятого с астероида Бенну миссией НАСА OSIRIS-REx, показал, что он очень темный и богат углеродом, очень похожий на то, что MIRI обнаружил на Beta Pic.
Загадочное начало хвоста требует будущих исследований
Однако остается главный вопрос: чем можно объяснить форму кошачьего хвоста, уникальную изогнутую особенность, не похожую на то, что можно увидеть в дисках вокруг других звезд?
Реболлидо и его команда смоделировали различные сценарии, пытаясь подражать кошачьему хвосту и разгадать его происхождение. Хотя необходимы дальнейшие исследования и испытания, команда представляет убедительную гипотезу о том, что кошачий хвост является результатом выброса пыли, произошедшего всего сто лет назад.
«Что-то происходит — например, столкновение — и образуется много пыли», — сказал Маршалл Перрин, соавтор исследования в Научном институте космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. «Сначала пыль движется в том же орбитальном направлении, что и ее источник, но затем она также начинает распространяться. Свет звезды быстрее отталкивает от звезды самые мелкие и пушистые частицы пыли, в то время как более крупные зерна не движутся. столько же, создавая длинный усик пыли».
«Характер кошачьего хвоста очень необычен, и воспроизвести его кривизну с помощью динамической модели было сложно», — объяснил Старк. «Наша модель требует пыли, которую можно очень быстро вытолкнуть из системы, что еще раз предполагает, что она сделана из органического огнеупорного материала».
Предпочтительная модель команды объясняет острый угол хвоста от диска простой оптической иллюзией. Наша перспектива в сочетании с изогнутой формой хвоста создает наблюдаемый угол хвоста, в то время как на самом деле дуга материала отходит от диска всего лишь под наклоном в пять градусов. Принимая во внимание яркость хвоста, команда оценивает количество пыли внутри хвоста кошки, эквивалентное большому астероиду главного пояса, простирающемуся на 10 миллиардов миль.
Недавнее событие образования пыли внутри дисков обломков Beta Pic также может объяснить недавно обнаруженное асимметричное расширение наклонного внутреннего диска, как показано в данных MIRI и наблюдается только на стороне, противоположной хвосту. Недавнее образование столкновительной пыли также может объяснить особенность, ранее обнаруженную Большой миллиметровой/субмиллиметровой решеткой в Атакаме в 2014 году: сгусток угарного газа (CO), расположенный возле кошачьего хвоста. Поскольку излучение звезды должно разрушить CO примерно за сто лет, эта все еще присутствующая концентрация газа может быть свидетельством того же события.
«Наше исследование показывает, что Beta Pic может быть даже более активным и хаотичным, чем мы думали ранее», — сказал Старк. «JWST продолжает удивлять нас, даже когда мы смотрим на самые хорошо изученные объекты. У нас есть совершенно новое окно в эти планетные системы».
Эти результаты были представлены на пресс-конференции на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане, штат Луизиана.
Информация от: Центром космических полетов имени Годдарда НАСА.
