Beta Pictoris to oddalony od nas o 63 lata świetlne młody system planetarny, w którym prócz dwóch planet i wielu innych skalistych obiektów znajduje się pyłowy dysk. Nie wiemy o nim wiele – nie znamy jego składu, struktury, ale wszystkie te dane naukowcy planują zdobyć już niedługo. Misja Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zakłada między innymi właśnie obserwacje Beta Pictoris – system przesłonięty pyłem będzie bardzo jasny w świetle podczerwonym, dzięki czemu Teleskop ma szansę zebrać duże ilości danych na jego temat. Potrzebujemy ich, jeśli chcemy zrozumieć, co obecnie dzieje się wewnątrz systemu.

Beta Pictoris jest celem wielu różnych programów obserwacyjnych planowanych dla Teleskopu Jamesa Webba. Jeden z nich prowadzi Chris Stark z Centrum Lotów Kosmicznych im. Roberta H. Goddarda (Goddard Space Flight Center, NASA), dwa inne – Christine Chen z Space Telescope Science Institut w Baltimore. Program Starka ma na celu zebranie informacji na temat pyłu wypełniającego system, a te prowadzone przez Chen – obserwację widma pochodzącego stamtąd światła, dzięki czemu można będzie dowiedzieć się, jakie pierwiastki są w nim obecne.

Fotografia została wykonana w świetle widzialnym przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Przedstawia pyłowy dysk otaczający Beta Pictoris – sama gwiazda, czarne miejsce pośrodku zdjęcia, została zasłonięta, żeby można było obserwować resztę systemu. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie obserwował ten układ w podczerwieni – za pomocą koronografów i nie tylko – więc jego zdjęcia będą wyglądały zupełnie inaczej i pozwolą naukowcom zebrać więcej danych.

Co wiemy

Gwiazda Beta Pictoris była od lat osiemdziesiątych badana w świetle widzialnym, podczerwieni i falach radiowych. Jest dwukrotnie cięższa niż Słońce i o wiele cieplejsza, ale znacznie młodsza. (Słońce ma około 4,6 miliarda lat – Beta Pictoris 20 milionów). W tym momencie gwiazda jest stabilna i krążą wokół niej dwie znane nam planety, obie bardziej masywne niż Jowisz. A przy tym system Beta Pictoris to pierwsze miejsce, w którym zaobserwowaliśmy egzokomety (komety w innych systemach, niż nasz). Ich źródłem jest dysk odłamków skalnych i pyłu, podobny do Pasa Kuipera w naszym Układzie Słonecznym, ale bardziej masywny.

Badanie układu Beta Pictoris

Grupa Starka będzie używać koronografów (część wyposażenia Teleskopu), które zasłonią światło gwiazdy, pozostawiając do obserwacji tylko otaczający ją dysk.

„Wiemy, że są tam dwie masywne planety, a dalej pas mniejszych ciał, które wciąż się ze sobą zderzają”, mówi Stark. „Ale co jest pomiędzy nimi? Jakie są podobieństwa między tym systemem a naszym? Czy pył i wodny lód mogą w końcu przedostać się do wewnętrznej części systemu? Na te pytania będziemy mogli odpowiedzieć dzięki badaniom”

Obrazy zbierane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba pozwolą naukowcom zbadać, jak pył wpływa na planety wewnątrz systemu, a także jak pochłania światło i emituje je, gdy się ogrzeje – te ostatnie przykłady to droga do poznania składu pyłu. Zbierając dane na temat Beta Pictoris, badacze będą porównywać je z tym, co wiemy o Układzie Słonecznym, co pomoże nam ustalić, czy nasz układ jest wyjątkowy.

Isabel Rebollido, doktor habilitowana i badaczka w Space Telescope Science Insitute, a także członkini jednej z grup badających Beta Pictoris, już tworzy skomplikowane modele układu. Pierwszy z nich łączy obecnie posiadane dane na temat systemu, w tym te w falach radiowych, kilku długościach podczerwieni i w świetle widzialnym z obserwatoriów zarówno na powierzchni Ziemi jak i tych w przestrzeni kosmicznej. Z czasem doda do niego obrazy wysłane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, aby móc przeprowadzić pełniejszą analizę. Drugi model będzie zawierał tylko dane przesłane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba – i będzie pierwszym, który zostanie zanalizowany.

„Czy światło obserwowane przez Teleskop będzie symetryczne?”, pyta Rebollido. „A może są tam punkty światła w różnych miejscach ze względu na zagęszczenie pyłu? Teleskop Jamesa Webba jest o wiele bardziej czuły niż inne teleskopy kosmiczne i daje nam szansę na znalezienie na to dowodów. Dzięki niemu będziemy mogli również dowiedzieć się, czy tam, gdzie wiemy, że jest gaz, jest również para wodna”

Na filmie przedstawiony został proces ewolucji dysku protoplanetarnego. Każdy układ planetarny zaczyna jako dysk pyłu i gazu. W ciągu pierwszych 10 milionów lat tworzą się luki w miejscach, gdzie planety oczyszczają swoje orbity. Z czasem pył „odpływa” dalej, ku krańcom układu, spychany tam przez oddziaływania grawitacyjne młodych planet i ich gwiazdy. Tam już pozostaje, jako pas swego rodzaju „kosmicznego gruzu” (debris disk).

Informacje, jakie można uzyskać z pierścienia pyłowego

O pierścieniu kosmicznego gruzu otaczającego Beta Pictoris można pomyśleć jako o autostradzie – bardzo zatłoczonej, eliptycznej i pozbawionej zasad ruchu drogowego. W trakcie zderzeń między kometami i większymi skałami powstaje pył, który potem rozprasza się po całym układzie.

„Zaraz po planetach, większość masy w systemie Beta Pictoris to prawdopodobnie mniejsze planetozymale, których nie potrafimy bezpośrednio zaobserwować” wyjaśnia Chen. „Możemy jednak zaobserwować pył, który pozostaje po ich zderzeniach między sobą”

Właśnie na tym pyle skupia się grupa badawcza Chen. Jak wyglądają najmniejsze ziarna pyłu? Jaką mają fakturę? Z czego się składają?

„Zanalizujemy dane przesłane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, stworzymy mapy położenia gazu i pyłu – ustalimy, z czego się składają” mówi Chen. „Ziarna pyłu są jak odciski palców planetozymali, których nie możemy zobaczyć, i mogą nam powiedzieć, jaki jest skład tych ciał i jak powstały”

Na przykład, czy planetozymale są bogate w wodny lód, jak komety w Układzie Słonecznym?

„Nie mogę się doczekać analizowania danych z Teleskopu”, mówi Cicero X. Lu, należąca do grupy badawczej doktorantka z Uniwersytetu Johna Hopkinsa w Baltimore

Szczególnie jedna chmura tlenku węgla na granicy dysku, wyraźnie niesymetryczna, budzi zainteresowanie naukowców. Według jednej z teorii powstała w efekcie zderzenia dwóch dużych, lodowych ciał. Dane zgromadzone przez Teleskop pomogą ustalić, czy jest zgodna z prawdą.

Zasięg podczerwieni

Przedstawione wyżej badania będą możliwe tylko dlatego, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zapewni pełne szczegółów obrazy w dobrej rozdzielczości w świetle podczerwonym. Dzięki temu, że Teleskop będzie nie na powierzchni Ziemi, a w przestrzeni kosmicznej, zbierze dane z każdej długości fal podczerwonych, również tych, które zatrzymywane są w atmosferze.

Autor

Matylda Kołomyjec