Beta Pictoris, um jovem sistema planetário localizado a apenas 63 anos-luz de distância, continua a intrigar os cientistas mesmo depois de décadas de estudo aprofundado. Possui o primeiro disco de poeira fotografado em torno de outra estrela – um disco de detritos produzido por colisões entre asteroides, cometas e planetesimais.

Observações do Telescópio Espacial Hubble da NASA revelaram um segundo disco de detritos neste sistema, inclinado em relação ao disco externo, que foi visto primeiro. Agora, uma equipe de astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA para obter imagens do sistema Beta Pictoris (Beta Pic) descobriu uma estrutura nova e nunca antes vista.

A equipe, liderada por Isabel Rebollido do Centro de Astrobiologia da Espanha, usou a NIRCam (Near-Infrared Camera) e o MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb para investigar a composição dos discos de detritos principais e secundários previamente detectados do Beta Pic. Os resultados superaram as expectativas, revelando um ramo de poeira fortemente inclinado, em forma de cauda de gato, que se estende desde a porção sudoeste do disco de detritos secundário.

“Beta Pictoris é o disco de detritos que tem tudo: tem uma estrela próxima e muito brilhante que podemos estudar muito bem, e um ambiente circunstelar complexo com um disco multicomponente, exocometas e dois exoplanetas fotografados”, disse Rebollido, principal autor do estudo. "Embora tenha havido observações anteriores do solo nesta faixa de comprimento de onda, elas não tinham a sensibilidade e a resolução espacial que temos agora com Webb, então não detectaram esta característica."

Mesmo com Webb ou JWST, observar o Beta Pic na faixa correta de comprimento de onda – neste caso, o infravermelho médio – foi crucial para detectar a cauda do gato, já que ela só apareceu nos dados do MIRI. Os dados de infravermelho médio de Webb também revelaram diferenças de temperatura entre os dois discos do Beta Pic, o que provavelmente se deve a diferenças na composição.

"Não esperávamos que Webb revelasse que existem dois tipos diferentes de material em torno do Beta Pic, mas o MIRI nos mostrou claramente que o material do disco secundário e da cauda do gato é mais quente que o disco principal", disse Christopher Stark, coautor do estudo - autor do estudo no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "A poeira que forma o disco e a cauda deve ser muito escura, por isso não a vemos facilmente nos comprimentos de onda visíveis - mas no infravermelho médio, ela está brilhando."

Para explicar a temperatura mais quente, a equipa deduziu que a poeira pode ser um “material refratário orgânico” altamente poroso, semelhante à matéria encontrada nas superfícies de cometas e asteroides do nosso Sistema Solar. Por exemplo, uma análise preliminar de material amostrado do asteroide Bennu pela missão OSIRIS-REx da NASA descobriu que era muito escuro e rico em carbono, muito parecido com o que o MIRI detectou em Beta Pic.

No entanto, permanece uma grande questão: o que poderia explicar a forma da cauda do gato, uma característica curva única, diferente da que é vista nos discos em torno de outras estrelas?

Rebollido e sua equipe modelaram diversos cenários na tentativa de imitar o rabo do gato e desvendar suas origens. Embora sejam necessárias mais pesquisas e testes, a equipe apresenta uma forte hipótese de que a cauda do gato é o resultado de um evento de produção de poeira que ocorreu há apenas cem anos.

“Alguma coisa acontece – como uma colisão – e é produzida muita poeira”, disse Marshall Perrin, coautor do estudo no Instituto de Ciência do Telescópio Espacial em Baltimore, Maryland. “No início, a poeira segue na mesma direção orbital de sua fonte, mas depois também começa a se espalhar. A luz da estrela empurra as partículas de poeira menores e mais fofas para longe da estrela mais rapidamente, enquanto os grãos maiores não se movem. tanto, criando uma longa gavinha de poeira."

“A característica da cauda do gato é altamente incomum e foi difícil reproduzir a curvatura com um modelo dinâmico”, explicou Stark. "Nosso modelo requer poeira que possa ser expulsa do sistema com extrema rapidez, o que novamente sugere que é feito de material refratário orgânico."

O modelo preferido da equipe explica o ângulo agudo da cauda em relação ao disco como uma simples ilusão de ótica. A nossa perspectiva combinada com a forma curva da cauda cria o ângulo observado da cauda, enquanto, na verdade, o arco de material apenas se afasta do disco numa inclinação de cinco graus. Levando em consideração o brilho da cauda, a equipe estima que a quantidade de poeira dentro da cauda do gato seja equivalente a um grande cinturão de asteroides espalhado por 16 bilhões de quilômetros.

Um evento recente de produção de poeira dentro dos discos de detritos do Beta Pic também poderia explicar uma extensão assimétrica recentemente observada do disco interno inclinado, como mostrado nos dados do MIRI e visto apenas no lado oposto da cauda. A recente produção de poeira colisional também pode ser responsável por uma característica previamente detectada pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array em 2014: um aglomerado de monóxido de carbono (CO) localizado perto da cauda do gato. Dado que a radiação da estrela deverá decompor o CO dentro de cerca de cem anos, esta concentração de gás ainda presente poderá ser uma evidência persistente do mesmo evento.

“Nossa pesquisa sugere que o Beta Pic pode ser ainda mais ativo e caótico do que pensávamos anteriormente”, disse Stark. "O JWST continua a surpreender-nos, mesmo quando olhamos para os objetos mais bem estudados. Temos uma janela completamente nova para estes sistemas planetários."

Estes resultados foram apresentados numa conferência de imprensa na 243ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Nova Orleães, Louisiana.