Le télescope spatial James Webb a révélé une nouvelle structure au sein du système Beta Pictoris, ressemblant à une queue de chat. Cette découverte, dirigée par Isabel Rebollido, indique des interactions complexes au sein des disques de débris du système et suggère des événements récents de production de poussière, élargissant ainsi notre compréhension de la dynamique du système planétaire. Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI, Ralf Crawford (STScI)
De nouvelles observations en lumière infrarouge suggèrent une récente collision massive
Depuis les années 1980, le système planétaire autour de l’étoile Beta Pictoris ne cesse de fasciner les scientifiques. Même après des décennies d’études, il réserve encore des surprises.
NASAc’est Télescope spatial James Webb a débloqué un nouveau chapitre passionnant de l’histoire de Beta Pic, qui comprend de nouveaux détails sur la composition de ses disques de débris et une traînée de poussière inédite ressemblant à une queue de chat. Selon une équipe d’astronomes, cette caractéristique serait un ajout relativement récent au système planétaire – une queue pas si ancienne que le temps.
Le télescope spatial James Webb de la NASA a photographié le système stellaire Beta Pictoris. Le MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb a permis à une équipe d’astronomes d’étudier la composition des disques de débris principaux et secondaires de Beta Pic, cette dernière caractéristique précédemment détectée par le télescope spatial Hubble.
De manière inattendue, les capacités infrarouges de Webb ont détecté une nouvelle fonctionnalité du système Beta Pic : une branche de poussière courbée qui ressemble à la forme d’une queue de chat. Cette queue, visible uniquement dans les données MIRI, s’étend de la partie sud-ouest du disque de débris secondaire et s’étendrait, selon les estimations, sur 10 milliards de kilomètres.
La poussière qui forme la queue peut être similaire à la matière trouvée à la surface des comètes et des astéroïdes de notre système solaire. Une analyse plus approfondie est nécessaire pour comprendre les origines de la queue du chat, même si l’équipe pense qu’un événement de production de poussière, comme une collision entre des astéroïdes, des comètes ou des planétésimaux, en est responsable.
Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)
Le télescope spatial 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. Observations de la NASA Le télescope spatial Hubble a 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 cirumstellaire 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. »
Il s’agit d’une animation illustrant la création de la queue du chat, comme l’a émis l’hypothèse d’une équipe d’astronomes. Cette structure, visible dans la partie sud-ouest du disque de débris secondaire de Beta Pic, s’étendrait sur 10 milliards de kilomètres.
Les scientifiques émettent l’hypothèse que la queue du chat est le résultat d’un événement de production de poussière, comme une collision, survenu il y a à peine cent ans. Initialement, la poussière créée suit la même direction orbitale que sa source, puis commence à se propager. La lumière de l’étoile éloigne plus rapidement les particules de poussière les plus petites et les plus pelucheuses, tandis que les grains plus gros ne bougent pas autant, créant une traînée de poussière.
D’un point de vue de tranche, la forte inclinaison de la queue du chat est une illusion d’optique. Notre perspective ainsi que la courbure de la queue créent l’angle observé, alors qu’en fait, la vrille de poussière ne s’éloigne du disque que selon une inclinaison de cinq degrés.
Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI, Ralf Crawford (STScI)
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, un co -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 matériel échantillonné sur l’astéroïde Bennu par la NASA OSIRIS-REx La mission a découvert qu’il était très sombre et riche en carbone, un peu comme ce que MIRI a détecté à Beta Pic.
Version annotée de l’image Beta Pictoris capturée par le MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb. Un coronographe (cercle noir et deux petits disques) a été utilisé pour bloquer la lumière de l’étoile centrale. Certaines fonctionnalités sont mises en évidence et étiquetées.
Une ligne blanche trace le disque de débris principal orange et est intitulée « plan du disque principal ». Un mince disque bleu-vert est incliné d’environ cinq degrés dans le sens inverse des aiguilles d’une montre par rapport au disque principal orange et est mis en évidence par une ligne bleu-vert intitulée « disque secondaire étendu ». Une partie du matériau gris regroupé près du centre forme une caractéristique incurvée en haut à droite, marquée par une ligne jaune intitulée « queue de chat ».
Une barre d’échelle montre que les disques de Beta Pic s’étendent sur des centaines d’unités astronomiques (UA), où une UA représente la distance moyenne Terre-Soleil. (Dans notre système solaire, Neptune orbite à 30 UA du soleil.) Dans cette image, la lumière à 15,5 microns est colorée en cyan et à 23 microns est orange (filtres F1550C et F2300C, respectivement).
Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)
Les débuts déroutants de The Tail justifient 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 expliqué Marshall Perrin, co-auteur de l’étude au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland. « Au début, la poussière suit la même direction orbitale que sa source, mais elle commence ensuite à se propager. La lumière de l’étoile éloigne plus rapidement les particules de poussière les plus petites et les plus pelucheuses, tandis que les grains plus gros ne bougent pas autant, créant une longue vrille de poussière.
« La caractéristique de 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. »
Image annotée du système stellaire Beta Pictoris capturée par le MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb, avec des flèches de boussole, une barre d’échelle et une clé de couleur pour référence.
Les flèches nord et est de la boussole indiquent l’orientation de l’image sur le ciel. Notez que la relation entre le nord et l’est sur le ciel (vu de dessous) est inversée par rapport aux flèches de direction sur une carte du sol (vue de dessus).
La barre d’échelle est étiquetée en unités astronomiques et en secondes d’arc. Une UA correspond à la distance moyenne Terre-Soleil. (Dans notre système solaire, Neptune orbite à 30 UA du soleil.) Les secondes d’arc sont une mesure de la distance angulaire dans le ciel. Une seconde d’arc équivaut à 1/3600 de degré d’arc. (La pleine Lune a un diamètre angulaire d’environ 0,5 degrés.) La taille réelle d’un objet qui couvre une seconde d’arc dans le ciel dépend de sa distance au télescope.
Cette image montre des longueurs d’onde invisibles de l’infrarouge moyen qui ont été traduites en couleurs de lumière visible. La clé de couleur montre quels filtres MIRI ont été utilisés lors de la collecte de la lumière. La couleur de chaque nom de filtre est la couleur de la lumière visible utilisée pour représenter la lumière infrarouge qui traverse ce filtre.
Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)
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 le pensions auparavant », a déclaré Stark. « JWST continue de nous surprendre, même en regardant les objets les plus étudiés. Nous avons une toute nouvelle fenêtre sur ces systèmes planétaires.
Ces résultats ont été présentés lors d’une conférence de presse lors de la 243e réunion de l’American Astronomical Society à la Nouvelle-Orléans, en Louisiane.
Les observations ont été effectuées dans le cadre du programme d’observation en temps garanti 1411.
Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résout les mystères de notre système solaire, regarde au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et sonde les structures et origines mystérieuses de notre univers et la place que nous y occupons. Webb est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.
