Beta Pictoris, młody układ planetarny położony zaledwie 63 lata świetlne od nas bezustannie intryguje naukowców, nawet mimo tego, że badany jest już od kilkudziesięciu lat. To właśnie w tym układzie naukowcy po raz pierwszy w historii sfotografowali dysk pyłowy powstały w wyniku zderzeń planetoid, komet i planetozymali różnych rozmiarów. Co więcej, w toku późniejszych obserwacji Kosmiczny Teleskop Hubble’a odkrył w tym układzie także drugi dysk odłamków, który na dodatek jest nachylony względem pierwszego. Trzeba było jednak poczekać na Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, aby w tym układzie odkryć zupełnie nową, wcześniej nigdy niewidzianą strukturę.
Zespół naukowców z Centrum Astrobiologii w Hiszpanii wykorzystał kamery NIRCam (bliska podczerwień) i MIRI (średnia podczerwień) zainstalowane na pokładzie teleskopu Jamesa Webba do zbadania składu wykrytych wcześniej dysków pyłu i odłamków otaczających gwiazdę Beta Pictoris. Wyniki obserwacji okazały się lepsze, niż się spodziewano. Naukowcy odkryli bardzo nachyloną względem dysków strukturę przypominającą swoisty koci ogon, który rozciąga się od południowo-zachodniej części dysku odłamków.
Nawet przy wykorzystaniu teleskopu Jamesa Webba dostrzeżenie tego „kociego ogona” wymagało przyjrzenia się gwieździe w odpowiedni zakresie długości fal, w tym przypadku w średniej podczerwieni. W danych z kamery obserwującej otoczenie gwiazdy w bliskiej podczerwieni struktura ta pozostanie niewidoczna. Niejako przy okazji, kamera MIRI pozwoliła naukowcom dostrzec znaczące różnice temperatur między oboma dyskami otaczającymi Beta Pic. Astronomowie podejrzewają, że różnica ta wynika z innego składu chemicznego obu dysków.
„Nie spodziewaliśmy się, że Webb ujawni, że wokół Beta Pic znajdują się dwa różne rodzaje materiału, ale MIRI wyraźnie pokazało nam, że materiał dodatkowego dysku i kociego ogona jest cieplejszy niż materia tworząca główny dysk” – powiedział Christopher Stark, współautor opracowania z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland. „Pył tworzący ten dysk i ogon musi być bardzo ciemny, więc nie jest łatwo go zobaczyć w zakresie widzialnym lub bliskiej podczerwieni, ale w średniej podczerwieni jest on już wyraźnie widoczny”.
Aby wyjaśnić wyższą temperaturę, zespół wywnioskował, że pył może być wysoce porowatą materią organiczną, przypominającą tę, którą znajduje się często na powierzchniach komet i planetoid w Układzie Słonecznym. Wstępna analiza materiału pobranego z planetoidy Bennu przez należącą do NASA misję OSIRIS-Rex wykazała, że jest on bardzo ciemny i bogaty w węgiel, podobnie jak to, co MIRI wykryła w Beta Pic.
To wszystko jednak nie zmienia faktu, że wciąż nie ma żadnego wyjaśnienia dla kociego ogona. Badacze tworzyli różne scenariusze, starając się odtworzyć tę strukturę i odkryć jej pochodzenie. Badania wciąż trwają, choć na tę chwilę wszystko zdaje się wskazywać na to, że jest on efektem zderzenia, do którego mogło dojść zaledwie sto lat temu.
Czytaj także: Zobacz 17 lat obserwacji fascynującej egzoplanety ściśnięte w 10-sekundową animację
„Załóżmy, że w układzie dochodzi do zderzenia, w wyniku którego powstaje dużo pyłu. Początkowo pył przemieszcza się w tym samym kierunku, co jego źródło, ale promieniowanie emitowane przez gwiazdę centralną wypycha najmniejsze i najlżejsze ziarna pyłu szybciej niż większe i cięższe. W ten sposób teoretycznie mógłby powstać długi wąski strumień pyłu” przekonuje Marshall Perrin, współautor badania z Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland.
„Ogon kota jest bardzo nietypowy, a odtworzenie jego krzywizny za pomocą modelu dynamicznego jest niezwykle trudne” – wyjaśniają badacze. „Nasz model wymaga niezwykle szybkiego wypchnięcia pyłu z układu, co ponownie sugeruje, że jest on wykonany z organicznego materiału odbijającego światło”.
Model preferowany przez zespół wyjaśnia ostry kąt zakrzywienia ogona względem dysku jako proste złudzenie optyczne. Nasza perspektywa w połączeniu z zakrzywionym kształtem ogona tworzy obserwowany kąt ogona, podczas gdy w rzeczywistości łuk materii odchodzi od dysku pod kątem zaledwie pięciu stopni. Biorąc pod uwagę jasność ogona, zespół szacuje, że ilość pyłu w kocim ogonie odpowiada zawartości dużej planetoidy z Pasa Planetoid rozciągniętej w pas o długości 16 miliardów kilometrów.
Proces powstawania struktury w układzie Beta Pic może być związany także z obserwowanym w 2014 roku za pomocą sieci ALMA skupiskiem tlenku węgla (CO) w tym samym miejscu, w którym obecnie obserwujemy koci ogon. Zważając na to, że promieniowanie emitowane przez gwiazdę powinno rozłożyć CO w ciągu około stu lat, możliwe, że sam koci ogon (jeżeli pochodzi z tego samego zdarzenia) ma także mniej niż sto lat.