Webb découvre une « queue de chat » poussiéreuse dans le système Beta Pictoris

Beta Pictoris, un jeune système planétaire situé à seulement 63 années-lumière, continue d’intriguer les scientifiques même après des décennies d’études approfondies. Il possède le premier disque de poussière observé autour d’une autre étoile : un disque de débris produits par des collisions entre astéroïdes, comètes et planétésimaux.

Les observations du télescope spatial Hubble de la NASA ont révélé un deuxième disque de débris dans ce système, incliné par rapport au disque externe, qui a été vu en premier. Aujourd’hui, une équipe d’astronomes utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA pour imager le système Beta Pictoris (Beta Pic) a découvert une nouvelle structure inédite.

L’équipe, dirigée par Isabel Rebollido du Centre d’astrobiologie en Espagne, a utilisé la NIRCam (caméra proche infrarouge) et le MIRI (instrument infrarouge moyen) de Webb pour étudier la composition des disques de débris principaux et secondaires précédemment détectés par Beta Pic. Les résultats ont dépassé leurs attentes, révélant une branche de poussière fortement inclinée, en forme de queue de chat, qui s’étend de la partie sud-ouest du disque de débris secondaire.

“Beta Pictoris est le disque de débris qui a tout pour plaire : il possède une étoile très brillante et proche que nous pouvons très bien étudier, ainsi qu’un environnement circumstellaire complexe avec un disque à plusieurs composants, des exocomètes et deux exoplanètes imagées”, a déclaré Rebollido. auteur principal de l’étude. “Bien qu’il y ait eu des observations antérieures depuis le sol dans cette gamme de longueurs d’onde, elles n’avaient pas la sensibilité et la résolution spatiale que nous avons maintenant avec Webb, elles n’ont donc pas détecté cette caractéristique.”

Le portrait d’une star amélioré avec Webb

Même avec Webb ou JWST, observer Beta Pic dans la bonne plage de longueurs d’onde (dans ce cas, l’infrarouge moyen) était crucial pour détecter la queue du chat, car elle n’apparaissait que dans les données MIRI. Les données infrarouge moyen de Webb ont également révélé des différences de température entre les deux disques de Beta Pic, probablement dues à des différences de composition.

“Nous ne nous attendions pas à ce que Webb révèle qu’il existe deux types de matériaux différents autour de Beta Pic, mais MIRI nous a clairement montré que le matériau du disque secondaire et de la queue du chat est plus chaud que celui du disque principal”, a déclaré Christopher Stark, coordinateur de Beta Pic. -auteur de l’étude réalisée au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. “La poussière qui forme ce disque et cette queue doit être très sombre, donc nous ne la voyons pas facilement dans les longueurs d’onde visibles, mais dans l’infrarouge moyen, elle brille.”

Pour expliquer la température plus élevée, l’équipe a déduit que la poussière pourrait être un « matériau réfractaire organique » très poreux, semblable à la matière trouvée à la surface des comètes et des astéroïdes de notre système solaire. Par exemple, une analyse préliminaire du matériau échantillonné sur l’astéroïde Bennu par la mission OSIRIS-REx de la NASA a révélé qu’il était très sombre et riche en carbone, un peu comme ce que MIRI a détecté à Beta Pic.

Le début déroutant de la queue justifie de futures recherches

Cependant, une question majeure demeure : qu’est-ce qui pourrait expliquer la forme de la queue du chat, une caractéristique incurvée unique contrairement à ce que l’on voit dans les disques autour d’autres étoiles ?

Rebollido et l’équipe ont modélisé divers scénarios pour tenter d’imiter la queue du chat et de découvrir ses origines. Bien que des recherches et des tests supplémentaires soient nécessaires, l’équipe présente une hypothèse solide selon laquelle la queue du chat serait le résultat d’un événement de production de poussière survenu il y a à peine cent ans.

“Quelque chose se produit, comme une collision, et beaucoup de poussière est produite”, a déclaré Marshall Perrin, co-auteur de l’étude au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland. “Au début, la poussière va dans la même direction orbitale que sa source, mais elle commence ensuite également à se propager. La lumière de l’étoile éloigne plus rapidement les particules de poussière les plus petites et les plus pelucheuses de l’étoile, tandis que les plus gros grains ne bougent pas. autant, créant une longue vrille de poussière.

“La queue du chat est très inhabituelle et reproduire la courbure avec un modèle dynamique était difficile”, a expliqué Stark. “Notre modèle nécessite de la poussière qui peut être expulsée du système extrêmement rapidement, ce qui suggère encore une fois qu’elle est constituée d’un matériau réfractaire organique.”

Le modèle préféré de l’équipe explique l’angle aigu de la queue par rapport au disque comme une simple illusion d’optique. Notre perspective combinée à la forme incurvée de la queue crée l’angle observé de la queue, alors qu’en fait, l’arc de matière ne s’écarte du disque que selon une inclinaison de cinq degrés. En prenant en compte la luminosité de la queue, l’équipe estime que la quantité de poussière contenue dans la queue du chat est équivalente à celle d’un grand astéroïde de la ceinture principale réparti sur 10 milliards de kilomètres.

Un récent événement de production de poussière au sein des disques de débris de Beta Pic pourrait également expliquer une extension asymétrique nouvellement observée du disque interne incliné, comme le montrent les données MIRI et visible uniquement du côté opposé à la queue. La récente production de poussière de collision pourrait également expliquer une caractéristique précédemment repérée par le Large Millimeter/submillimeter Array d’Atacama en 2014 : un amas de monoxyde de carbone (CO) situé près de la queue du chat. Étant donné que le rayonnement de l’étoile devrait décomposer le CO d’ici environ cent ans, cette concentration de gaz encore présente pourrait être une preuve persistante du même événement.

“Nos recherches suggèrent que Beta Pic pourrait être encore plus actif et chaotique que nous ne le pensions auparavant”, a déclaré Stark. “JWST continue de nous surprendre, même en observant les objets les mieux étudiés. Nous avons une toute nouvelle fenêtre sur ces systèmes planétaires.”

Ces résultats ont été présentés lors d’une conférence de presse au 243e réunion de l’American Astronomical Society à la Nouvelle-Orléans, en Louisiane.