Webb de la NASA para explorar un sistema planetario polvoriento vecino

Los investigadores utilizarán el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA para estudiar Beta Pictoris, un intrigante sistema planetario joven que tiene al menos dos planetas, un revoltijo de cuerpos rocosos más pequeños y un disco polvoriento.

23 julio 2021 |

Los investigadores utilizarán el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA para estudiar Beta Pictoris, un intrigante sistema planetario joven que tiene al menos dos planetas, un revoltijo de cuerpos rocosos más pequeños y un disco polvoriento. Sus objetivos incluyen obtener una mejor comprensión de las estructuras y propiedades del polvo para interpretar mejor lo que está sucediendo en el sistema. Dado que está a solo 63 años luz de distancia y está lleno de polvo, parece brillante en luz infrarroja, y eso significa que Webb tiene que recopilar mucha información.

Beta Pictoris es el objetivo de varios programas de observación de Webb planeados, incluido uno dirigido por Chris Stark del Goddard Space Flight Center de la NASA y dos dirigidos por Christine Chen del Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland. El programa de Stark tomará imágenes directamente del sistema después de bloquear la luz de la estrella para recopilar una gran cantidad de nuevos detalles sobre su polvo. Los programas de Chen recopilarán espectros , que esparcirán la luz como un arco iris para revelar qué elementos están presentes. Los tres programas de observación agregarán detalles críticos a lo que se conoce sobre este sistema cercano.

Primero, una revisión de lo que sabemos

Beta Pictoris se ha estudiado regularmente en radio, infrarrojos y luz visible desde la década de 1980. La estrella en sí es dos veces más masiva que nuestro Sol y bastante más caliente, pero también significativamente más joven. (El Sol tiene 4.600 millones de años, pero Beta Pictoris tiene aproximadamente 20 millones de años). En esta etapa, la estrella es estable y alberga al menos dos planetas, ambos mucho más masivos que Júpiter. Pero este sistema planetario es notable porque es donde se descubrieron los primeros exocometas (cometas en otros sistemas). ¡Hay muchos cuerpos dando vueltas alrededor de este sistema!

Como nuestro propio sistema solar, Beta Pictoris tiene un disco de escombros, que incluye cometas, asteroides, rocas de varios tamaños y mucho polvo en todas las formas que orbitan la estrella. (Un disco de escombros es mucho más joven y puede ser más masivo que el Cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar , que comienza cerca de la órbita de Neptuno y es donde se originan muchos cometas de período corto).

Este anillo exterior de polvo y escombros también es donde está ocurriendo mucha actividad. Los guijarros y las rocas podrían chocar y romperse en pedazos mucho más pequeños, enviando mucho polvo.

Escudriñando este sistema planetario

El equipo de Stark utilizará los coronógrafos de Webb, que bloquean la luz de la estrella, para observar las débiles porciones del disco de escombros que rodean todo el sistema. "Sabemos que hay dos planetas masivos alrededor de Beta Pictoris, y más allá hay un cinturón de pequeños cuerpos que chocan y se fragmentan", explicó Stark. “¿Pero qué hay en el medio? ¿Qué tan similar es este sistema a nuestro sistema solar? ¿Puede el polvo y el hielo de agua del cinturón exterior llegar finalmente a la región interior del sistema? Esos son detalles que podemos ayudar a descubrir con Webb ".

Las imágenes de Webb permitirán a los investigadores estudiar cómo los pequeños granos de polvo interactúan con los planetas que están presentes en ese sistema. Además, Webb detallará todo el polvo fino que sale de estos objetos, lo que permitirá a los investigadores inferir la presencia de cuerpos rocosos más grandes y cuál es su distribución en el sistema. También evaluarán cuidadosamente cómo el polvo dispersa la luz y reabsorbe y reemite la luz cuando hace calor, lo que les permite restringir de qué está hecho el polvo. Al catalogar los detalles de Beta Pictoris, los investigadores también evaluarán qué tan similar es este sistema a nuestro sistema solar, ayudándonos a comprender si los contenidos de nuestro sistema solar son únicos.

Isabel Rebollido, miembro del equipo e investigadora postdoctoral de STScI, ya está construyendo modelos complejos de Beta Pictoris . El primer modelo combina datos existentes sobre el sistema, incluida la luz de radio, infrarrojo cercano, infrarrojo lejano y visible de observatorios espaciales y terrestres. Con el tiempo, agregará las imágenes de Webb para realizar un análisis más completo.

El segundo modelo contará solo con los datos de Webb, y será el primero que exploren. "¿Es la luz que Webb observará simétrica?" Preguntó Rebollido. “¿O hay 'protuberancias' de luz aquí y allá porque hay una acumulación de polvo? Webb es mucho más sensible que cualquier otro telescopio espacial y nos da la oportunidad de buscar esta evidencia, así como vapor de agua donde sabemos que hay gas ”.

Polvo como anillo decodificador

Piense en el disco de escombros de Beta Pictoris como una carretera elíptica muy transitada, excepto una donde no hay muchas reglas de tráfico. Las colisiones entre cometas y rocas más grandes pueden producir partículas finas de polvo que posteriormente se dispersan por todo el sistema.

"Después de los planetas, se cree que la mayor parte de la masa en el sistema Beta Pictoris está en planetesimales más pequeños que no podemos observar directamente", explicó Chen. "Afortunadamente, podemos observar el polvo que queda cuando los planetesimales chocan".

Este polvo es donde el equipo de Chen centrará su investigación. ¿Cómo se ven los granos de polvo más pequeños? ¿Son compactos o esponjosos? ¿De qué están hechos?

“Analizaremos los espectros de Webb para mapear las ubicaciones de polvo y gas, y averiguaremos cuáles son sus composiciones detalladas”, explicó Chen. "Los granos de polvo son 'huellas dactilares' de planetesimales que no podemos ver directamente y pueden decirnos de qué están hechos estos planetesimales y cómo se formaron". Por ejemplo, ¿son los planetesimales ricos en hielo como los cometas de nuestro sistema solar? ¿Hay señales de colisiones de alta velocidad entre planetesimales rocosos? Analizar claramente si los granos en una región son más sólidos o esponjosos que en otra ayudará a los investigadores a comprender lo que le está sucediendo al polvo y a trazar las sutiles diferencias en el polvo en cada región.

"Estoy deseando analizar los datos de Webb, ya que proporcionarán detalles exquisitos", agregó Cicero X. Lu, miembro del equipo y Ph.D. de cuarto año. estudiante de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore. "Webb nos permitirá identificar más elementos y señalar sus estructuras precisas".

En particular, hay una nube de monóxido de carbono en el borde del disco que interesa mucho a estos investigadores. Es asimétrico y tiene un lado irregular y lleno de manchas. Una teoría es que las colisiones liberaron polvo y gas de cuerpos helados más grandes para formar esta nube. Los espectros de Webb les ayudarán a construir escenarios que expliquen su origen.

El alcance de los infrarrojos

Estos programas de investigación solo son posibles porque Webb ha sido diseñado para proporcionar detalles nítidos y de alta resolución en luz infrarroja. El observatorio se especializa en recolectar luz infrarroja, que viaja a través del gas y el polvo, tanto con imágenes como con espectros. Webb también tiene otra ventaja: su posición en el espacio . Webb no se verá obstaculizado por la atmósfera de la Tierra, que filtra algunos tipos de luz, incluidas varias bandas de longitud de onda infrarroja. Este observatorio permitirá a los investigadores recopilar una gama más completa de luz infrarroja y datos sobre Beta Pictoris por primera vez.

Estos estudios se llevarán a cabo como parte de los programas de Observaciones en tiempo garantizado (GTO) y Observadores generales (GO) de Webb . Los programas de GTO están dirigidos por científicos que ayudaron a desarrollar los componentes clave de hardware y software o el conocimiento técnico e interdisciplinario para el observatorio. Los programas GO se seleccionan de forma competitiva utilizando un sistema de revisión anónimo dual, el mismo sistema que se utiliza para asignar tiempo en el Telescopio Espacial Hubble.

El telescopio espacial James Webb será el principal observatorio de ciencia espacial del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, verá más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar. en eso. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.