Mata inframerah Webb mengungkapkan struktur debu aneh seperti “ekor kucing” di Beta pictoris

Pengamatan baru pada cahaya inframerah menunjukkan bahwa tabrakan besar terjadi baru-baru ini

Sejak tahun 1980-an, sistem planet di sekitar bintang Beta Pictoris terus memukau para ilmuwan. Bahkan setelah puluhan tahun mempelajarinya, mereka masih menyimpan kejutan.

NASA'S Teleskop Luar Angkasa James Webb Ini telah membuka babak baru yang menarik dalam kisah Beta Pic, yang mencakup detail baru tentang pembentukan cakram puing-puing dan jejak debu yang belum pernah dilihat sebelumnya yang menyerupai ekor kucing. Sebuah tim astronom berhipotesis bahwa fitur ini adalah tambahan yang relatif baru pada sistem planet – sebuah ekor yang tidak setua waktu.

Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA mencitrakan sistem bintang Beta Pictoris. MIRI (Instrumen Inframerah Tengah) Webb memungkinkan tim astronom menyelidiki komposisi cakram puing primer dan sekunder Beta Pic – fitur terakhir yang sebelumnya terdeteksi oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble.
Tanpa diduga, kemampuan inframerah Webb mendeteksi fitur baru sistem Beta Pic: cabang debu berliku-liku yang menyerupai bentuk ekor kucing. Ekor ini, yang hanya dapat diamati dalam data MIRI, memanjang dari bagian barat daya cakram puing sekunder dan diperkirakan mencapai 10 miliar mil.
Debu yang membentuk ekor tersebut mungkin serupa dengan material yang ditemukan pada permukaan komet dan asteroid di tata surya kita. Analisis lebih lanjut diperlukan untuk memahami asal usul ekor kucing, meskipun tim yakin peristiwa yang menghasilkan debu – seperti tabrakan antara asteroid, komet, atau planetesimal – adalah penyebabnya.
Kredit gambar: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Teleskop Luar Angkasa Webb mendeteksi 'ekor kucing' berdebu di sistem Beta Picturis

Beta Picturis, sistem planet muda yang terletak hanya 63 tahun cahaya, terus menarik perhatian para ilmuwan bahkan setelah penelitian mendalam selama beberapa dekade. Ia memiliki piringan debu pertama yang pernah dicitrakan di sekitar bintang lain, piringan puing-puing yang dihasilkan dari tabrakan antara asteroid, komet, dan planet-planet kecil. Catatan dari NASA Teleskop Luar Angkasa Hubble Mengungkapkan a Cakram puing kedua Dalam sistem ini, ia dimiringkan terhadap disk bagian luar, yang pertama kali terlihat. Kini, tim astronom yang menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA untuk memotret sistem Beta Pictoris (Beta Pic) telah menemukan struktur baru yang belum pernah dilihat sebelumnya.

Tim yang dipimpin oleh Isabel Rebolledo dari Pusat Astrobiologi di Spanyol, menggunakan NIRCam (kamera inframerah-dekat) dan MIRI (instrumen inframerah-tengah) Webb untuk menyelidiki komposisi cakram puing primer dan sekunder yang sebelumnya terdeteksi oleh Beta Pic. Hasilnya melebihi ekspektasi mereka, memperlihatkan cabang debu yang miring tajam, berbentuk seperti ekor kucing, memanjang dari bagian barat daya piringan puing sekunder.

“Beta Pictoris adalah piringan puing yang memiliki segalanya: ia memiliki bintang yang sangat terang dan dekat yang dapat kita pelajari dengan baik, lingkungan lautan bintang yang kompleks dengan piringan multi-komponen, eksokomet, dan beberapa gambar planet ekstrasurya,” kata Rebolledo. . Penulis utama studi ini. “Meskipun ada pengamatan sebelumnya dari Bumi dalam rentang panjang gelombang ini, mereka tidak memiliki sensitivitas dan resolusi spasial seperti yang kita miliki sekarang dengan Webb, sehingga mereka tidak mendeteksi fitur ini.”

Ini adalah animasi yang menggambarkan pembentukan ekor kucing, seperti yang dihipotesiskan oleh tim astronom. Struktur ini, terlihat di bagian barat daya piringan puing sekunder Beta Pic, diperkirakan memanjang hingga 10 miliar mil.

Para ilmuwan berhipotesis bahwa ekor kucing adalah hasil dari peristiwa yang menghasilkan debu – seperti tumbukan – yang terjadi seratus tahun yang lalu. Awalnya, debu yang dihasilkan mengikuti arah orbit yang sama dengan sumbernya, lalu mulai menyebar. Cahaya bintang mendorong partikel debu yang lebih kecil dan halus menjauh dari bintang dengan lebih cepat, sementara butiran debu yang lebih besar tidak banyak bergerak sehingga menciptakan jejak debu.

Dari sudut pandang tepi, kemiringan tajam ekor kucing merupakan ilusi optik. Perspektif kita dipadukan dengan kelengkungan ekor menciptakan sudut pengamatan, padahal kenyataannya sulur debu hanya meninggalkan piringan pada kemiringan lima derajat.

Kredit gambar: NASA, ESA, CSA, STScI, Ralph Crawford (STScI)

Gambar bintang ditingkatkan menggunakan Webb

Bahkan dengan Webb, atau JWST, melihat Beta Pic dalam rentang panjang gelombang yang tepat — dalam hal ini, inframerah tengah — sangat penting untuk mendeteksi ekor kucing, karena hanya muncul di data MIRI. Data inframerah tengah Webb juga mengungkapkan perbedaan suhu antara dua disk Beta Pic, yang kemungkinan besar disebabkan oleh perbedaan komposisi.

“Kami tidak menyangka Webb akan mengungkapkan bahwa ada dua jenis material berbeda di sekitar Beta Pic, namun MIRI telah dengan jelas menunjukkan kepada kami bahwa material dari disk sekunder dan ekor kucing lebih panas daripada disk utama,” kata Christopher Stark, salah satu rekan penulis studi tersebut. – Penulis studi di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland. “Debu yang membentuk piringan dan ekor ini pasti sangat gelap, sehingga kita tidak dapat melihatnya dengan mudah pada panjang gelombang tampak – namun dalam inframerah-tengah, ia bersinar.”

Untuk menjelaskan suhu yang lebih panas, tim menyimpulkan bahwa debu tersebut mungkin merupakan “bahan organik termal” yang sangat berpori, mirip dengan bahan yang ditemukan di permukaan komet dan asteroid di tata surya kita. Misalnya analisis awal terhadap material yang diambil dari asteroid Bennu oleh NASA Osiris Rex Misi tersebut menemukan bahwa tempat itu sangat gelap dan kaya karbon, seperti yang ditemukan MIRI di Beta Pic.

Versi beranotasi dari gambar Beta Pictoris yang diambil oleh MIRI (instrumen inframerah tengah) Webb. Koronagraf (lingkaran hitam dan dua cakram kecil) digunakan untuk menghalangi cahaya bintang pusat. Beberapa fitur disorot dan diklasifikasikan.
Garis putih digambar di atas disk puing utama berwarna oranye dan disebut “level disk utama”. Cakram tipis berwarna biru-hijau dimiringkan sekitar lima derajat berlawanan arah jarum jam dibandingkan dengan cakram primer berwarna oranye dan ditandai dengan garis biru-hijau yang disebut “cakram sekunder diperpanjang”. Beberapa materi abu-abu yang terkumpul di dekat pusat membentuk fitur melengkung di kanan atas, yang ditandai dengan garis kuning yang disebut “ekor kucing”.
Bilah skala menunjukkan bahwa cakram Beta Pic menjangkau ratusan unit astronomi (AU), di mana satu AU mewakili jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari. (Di tata surya kita, Neptunus mengorbit pada jarak 30 AU dari Matahari.) Dalam gambar ini, cahaya pada 15,5 mikron berwarna cyan dan 23 mikron berwarna oranye (masing-masing memfilter F1550C dan F2300C).
Kredit gambar: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Permulaan ekor yang membingungkan memerlukan penelitian di masa depan

Namun, masih ada pertanyaan besar: Apa yang bisa menjelaskan bentuk ekor kucing, ciri unik melengkung yang tidak seperti yang terlihat pada piringan di sekitar bintang lain?

Rebolledo dan timnya merancang skenario berbeda dalam upaya meniru ekor kucing dan mengungkap asal-usulnya. Meski diperlukan lebih banyak penelitian dan pengujian, tim mengajukan hipotesis kuat bahwa ekor kucing adalah hasil peristiwa penghasil debu yang terjadi seratus tahun lalu.

“Sesuatu terjadi – seperti tabrakan – dan banyak debu yang dihasilkan,” kata Marshall Perrin, salah satu penulis studi di Space Telescope Science Institute di Baltimore, Maryland. “Awalnya, debu bergerak dalam arah orbit yang sama dengan sumbernya, namun debu juga mulai menyebar. Cahaya dari bintang mendorong partikel debu yang lebih kecil dan halus menjauh dari bintang dengan lebih cepat, sementara butiran debu yang lebih besar tidak banyak bergerak.” menciptakan sulur-sulur debu yang panjang.” .

“Ciri ekor kucing sangat tidak biasa, dan kelengkungannya sulit direproduksi dalam model dinamis,” jelas Stark. “Model kami memerlukan debu yang dapat dikeluarkan dari sistem dengan sangat cepat, yang sekali lagi menunjukkan bahwa sistem tersebut terbuat dari bahan organik tahan api.”

Gambar ilustrasi sistem bintang Beta Pictoris diambil dengan MIRI (Instrumen Inframerah Tengah) Webb, dengan panah kompas, bilah skala, dan tombol warna untuk referensi.
Panah kompas utara dan timur menunjukkan arah bayangan di langit. Perhatikan bahwa hubungan antara utara dan timur di langit (dilihat dari bawah) berbanding terbalik dengan panah arah di peta bumi (dilihat dari atas).
Bilah skala diberi label dalam satuan astronomi dan detik busur. Satu AU adalah jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari. (Di tata surya kita, Neptunus mengorbit pada jarak 30 unit astronomi dari Matahari.) Detik busur adalah ukuran jarak sudut di langit. Satu detik busur sama dengan 1/3600 satu derajat busur. (Diameter sudut Bulan sekitar 0,5 derajat.) Ukuran sebenarnya suatu benda yang menutupi satu detik busur di langit bergantung pada jaraknya dari teleskop.
Gambar ini menunjukkan panjang gelombang inframerah tengah yang tidak terlihat yang diterjemahkan ke dalam warna cahaya tampak. Tombol warna menunjukkan filter MIRI mana yang digunakan saat mengumpulkan cahaya. Warna setiap nama filter adalah warna cahaya tampak yang digunakan untuk mewakili cahaya inframerah yang melewati filter tersebut.
Kredit gambar: NASA, ESA, CSA, STScI, Christopher Stark (NASA-GSFC), Kellen Lawson (NASA-GSFC), Jens Kammerer (ESO), Marshall Perrin (STScI)

Model pilihan tim menjelaskan sudut tajam ekor menjauhi keping sebagai ilusi optik sederhana. Perspektif kita dengan bentuk ekor yang melengkung menciptakan sudut ekor yang diamati, sedangkan kenyataannya busur material hanya menyimpang dengan kemiringan lima derajat. Dengan mempertimbangkan kecerahan ekornya, tim memperkirakan jumlah debu di dalam ekor kucing tersebut setara dengan sabuk asteroid utama besar yang tersebar sepanjang 10 miliar mil.

Peristiwa produksi debu baru-baru ini dalam piringan puing Beta Pic juga dapat menjelaskan perluasan asimetris yang baru diamati dari piringan bagian dalam yang miring, seperti yang ditunjukkan dalam data MIRI dan hanya terlihat pada sisi yang berlawanan dengan ekornya. Dampak produksi debu baru-baru ini juga dapat menyebabkan fitur yang sebelumnya diamati oleh Array Milimeter/Submilimeter Besar Atacama pada tahun 2014: Massa karbon monoksida (CO) yang terletak di dekat ekor kucing. Karena radiasi bintang harus memecah karbon dioksida dalam waktu sekitar seratus tahun, konsentrasi gas yang masih ada dapat menjadi bukti peristiwa yang sama.

“Penelitian kami menunjukkan bahwa Beta Pic mungkin lebih aktif dan kacau daripada yang kami duga sebelumnya,” kata Stark. “Teleskop Luar Angkasa James Webb terus mengejutkan kita, bahkan ketika melihat objek yang telah dipelajari dengan baik. Kita memiliki jendela baru mengenai sistem planet ini.”

Hasil tersebut dipresentasikan dalam konferensi pers pada pertemuan ke-243 American Astronomical Society di New Orleans, Louisiana.

Pengamatan diambil sebagai bagian dari Program Pemantauan Waktu Terjamin 1411.

Teleskop Luar Angkasa James Webb adalah observatorium sains luar angkasa terkemuka di dunia. Webb memecahkan misteri tata surya kita, melihat melampaui dunia jauh di sekitar bintang lain, dan mengeksplorasi struktur misterius dan asal usul alam semesta serta tempat kita di dalamnya. WEB merupakan program internasional yang dipimpin oleh NASA bersama mitranya Badan Antariksa Eropa (ESA).Badan Antariksa Eropa) dan Badan Antariksa Kanada.