I ricercatori utilizzeranno il prossimo telescopio spaziale James Webb della NASA per studiare Beta Pictoris, un intrigante giovane sistema planetario che sfoggia almeno due pianeti, un miscuglio di piccoli, corpi rocciosi, e un disco polveroso. I loro obiettivi includono una migliore comprensione delle strutture e delle proprietà della polvere per interpretare meglio ciò che sta accadendo nel sistema. Dal momento che è solo a circa 63 anni luce di distanza e pieno zeppo di polvere, appare brillante alla luce infrarossa, e ciò significa che ci sono molte informazioni da raccogliere per Webb.

Beta Pictoris è l'obiettivo di diversi programmi di osservazione Webb pianificati, tra cui uno guidato da Chris Stark del Goddard Space Flight Center della NASA e due guidati da Christine Chen dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland. Il programma di Stark visualizzerà direttamente il sistema dopo aver bloccato la luce della stella per raccogliere una serie di nuovi dettagli sulla sua polvere. I programmi di Chen raccoglieranno spettri, che diffondono la luce come un arcobaleno per rivelare quali elementi sono presenti. Tutti e tre i programmi di osservazione aggiungeranno dettagli critici a ciò che è noto su questo sistema vicino.

Primo, una recensione di ciò che sappiamo

Beta Pictoris è stata regolarmente studiata in radio, infrarossi, e luce visibile dagli anni '80. La stella stessa è due volte più massiccia del nostro Sole e un po' più calda, ma anche notevolmente più giovane. (Il Sole ha 4,6 miliardi di anni, ma Beta Pictoris ha circa 20 milioni di anni.) In questa fase, la stella è stabile e ospita almeno due pianeti, che sono entrambi molto più massicci di Giove. Ma questo sistema planetario è notevole perché è qui che sono state scoperte le prime esocomete (comete di altri sistemi). Ci sono un sacco di corpi che sfrecciano intorno a questo sistema!

Come il nostro sistema solare, Beta Pictoris ha un disco di detriti, che include comete, asteroidi, rocce di varie dimensioni, e molta polvere in tutte le forme che orbitano attorno alla stella. (Un disco di detriti è molto più giovane e può essere più massiccio della fascia di Kuiper del nostro sistema solare, che inizia vicino all'orbita di Nettuno ed è dove hanno origine molte comete di breve periodo.)

Questo anello esterno di polvere e detriti è anche il luogo in cui si svolgono molte attività. Ciottoli e massi potrebbero scontrarsi e rompersi in pezzi molto più piccoli, inviando molta polvere.

Scrutare questo sistema planetario

La squadra di Stark utilizzerà i coronografi di Webb, che bloccano la luce della stella, per osservare le parti deboli del disco di detriti che circondano l'intero sistema. "Sappiamo che ci sono due enormi pianeti intorno a Beta Pictoris, e più lontano c'è una cintura di piccoli corpi che si scontrano e si frammentano, "Spiegò Stark. "Ma cosa c'è in mezzo? Quanto è simile questo sistema al nostro sistema solare? La polvere e il ghiaccio d'acqua dalla fascia esterna possono alla fine farsi strada nella regione interna del sistema? Questi sono dettagli che possiamo aiutare a svelare con Webb."

Le immagini di Webb consentiranno ai ricercatori di studiare come i piccoli granelli di polvere interagiscono con i pianeti presenti in quel sistema. Più, Webb descriverà nel dettaglio tutta la polvere fine che scorre da questi oggetti, permettendo ai ricercatori di dedurre la presenza di corpi rocciosi più grandi e quale sia la loro distribuzione nel sistema. Valuteranno anche attentamente come la polvere disperde la luce e la riassorbe e la riemette quando fa caldo, permettendo loro di limitare di cosa è fatta la polvere. Catalogando le specifiche di Beta Pictoris, i ricercatori valuteranno anche quanto questo sistema sia simile al nostro sistema solare, aiutandoci a capire se i contenuti del nostro sistema solare sono unici.

Isabel Rebollido, un membro del team e ricercatore post-dottorato presso STScI, sta già costruendo modelli complessi di Beta Pictoris. Il primo modello combina i dati esistenti sul sistema, compresa la radio, vicino infrarosso, lontano infrarosso, e luce visibile da osservatori spaziali e terrestri. In tempo, aggiungerà le immagini di Webb per eseguire un'analisi più completa.

Il secondo modello conterrà solo i dati di Webb e sarà il primo che esploreranno. "La luce che Webb osserverà è simmetrica?" chiese Rebollido. "O ci sono 'protuberanze' di luce qua e là perché c'è un accumulo di polvere? Webb è molto più sensibile di qualsiasi altro telescopio spaziale e ci dà la possibilità di cercare questa prova, così come il vapore acqueo dove sappiamo che c'è gas."

Polvere come anello del decoder

Pensa al disco di detriti di Beta Pictoris come a un autostrada ellittica, tranne quella in cui non ci sono molte regole del traffico. Le collisioni tra comete e rocce più grandi possono produrre particelle di polvere fine che successivamente si disperdono in tutto il sistema.

"Dopo i pianeti, si pensa che la maggior parte della massa nel sistema Beta Pictoris sia in planetesimi più piccoli che non possiamo osservare direttamente, " Chen ha spiegato. "Fortunatamente, possiamo osservare la polvere lasciata indietro quando i planetesimi si scontrano."

Questa polvere è dove il team di Chen concentrerà la sua ricerca. Che aspetto hanno i granelli di polvere più piccoli? Sono compatti o soffici? Di cosa sono fatti?

"Analizzeremo gli spettri di Webb per mappare le posizioni di polvere e gas e scopriremo quali sono le loro composizioni dettagliate, " Ha spiegato Chen. "I granelli di polvere sono 'impronte digitali' di planetesimi che non possiamo vedere direttamente e possono dirci di cosa sono fatti questi planetesimi e come si sono formati." Ad esempio, i planetesimi sono ricchi di ghiaccio come le comete del nostro sistema solare? Ci sono segni di collisioni ad alta velocità tra planetesimi rocciosi? Analizzare chiaramente se i grani in una regione sono più solidi o soffici di un'altra aiuterà i ricercatori a capire cosa sta succedendo alla polvere, e tracciare le sottili differenze nella polvere in ogni regione.

"Non vedo l'ora di analizzare i dati di Webb poiché forniranno dettagli squisiti, " aggiunse Cicerone X. Lu, un membro del team e un dottorato di ricerca del quarto anno. studente alla Johns Hopkins University di Baltimora. "Webb ci consentirà di identificare più elementi e individuare le loro strutture precise".

In particolare, c'è una nuvola di monossido di carbonio sul bordo del disco che interessa molto questi ricercatori. È asimmetrico e ha un irregolare, lato gonfio. Una teoria è che le collisioni abbiano rilasciato polvere e gas da grandi, corpi ghiacciati per formare questa nuvola. Gli spettri di Webb li aiuteranno a costruire scenari che ne spiegano l'origine.

La portata degli infrarossi

Questi programmi di ricerca sono possibili solo perché Webb è stato progettato per fornire nitidezza, dettaglio ad alta risoluzione nella luce infrarossa. L'osservatorio è specializzato nella raccolta di luce infrarossa, che viaggia attraverso gas e polvere, sia con immagini che con spettri. Webb ha anche un altro vantaggio:la sua posizione nello spazio. Webb non sarà ostacolato dall'atmosfera terrestre, che filtra alcuni tipi di luce, comprese diverse bande di lunghezze d'onda infrarosse. Questo osservatorio consentirà ai ricercatori di raccogliere per la prima volta una gamma più completa di luce infrarossa e dati su Beta Pictoris.

Questi studi saranno condotti come parte dei programmi Webb Guaranteed Time Observations (GTO) e General Observers (GO). I programmi GTO sono guidati da scienziati che hanno contribuito a sviluppare i componenti hardware e software chiave o le conoscenze tecniche e interdisciplinari per l'osservatorio. I programmi GO vengono selezionati in modo competitivo utilizzando un sistema di revisione doppio anonimo, lo stesso sistema utilizzato per allocare il tempo sul telescopio spaziale Hubble.