Telescopio especial James Webb anuncia su primera imagen: un intrigante y joven sistema planetario

La Nasa anunció que este martes 12 de julio publicará las primeras imágenes que tomará el telescopio espacial James Webb. Marcarán el comienzo de la próxima era en astronomía cuando el telescopio espacial más grande jamás construido, comience a recopilar datos científicos que ayudarán a responder preguntas sobre los primeros momentos del Universo y permitir a los astrónomos estudiar exoplanetas con mayor detalle que nunca. Pero se han necesitado casi ocho meses de viaje, instalación, prueba y calibración para asegurarse de que este telescopio, el más valioso, esté listo para el horario de máxima audiencia.

Su primer gran objetivo será retratar la colisión de dos mundos en el extraño vecindario de Beta Pictoris. Se trata de una joven estrella, a solo 63 años luz de la Tierra, que está rodeada por un disco de polvo lleno de escombros que quedaron de su formación. Es un espacio abarrotado que alberga “al menos dos planetas [y] un revoltijo de cuerpos rocosos más pequeños”, dijeron los investigadores en un comunicado de prensa.

Se trata de un intrigante y joven sistema planetario que tiene al menos dos planetas, un revoltijo de cuerpos rocosos más pequeños y un disco de polvo. Sus objetivos incluyen obtener una mejor comprensión de las estructuras y propiedades del polvo para interpretar mejor lo que sucede en el sistema. Dado que está a solo 63 años luz de distancia y está repleto de polvo, parece brillante en luz infrarroja, y eso significa que Webb tiene mucha información que recopilar.

Beta Pictoris es el objetivo de varios programas de observación Webb planificados, incluido uno dirigido por Chris Stark del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la Nasa en Greenbelt, Maryland, y dos dirigidos por Christine Chen del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland. El programa de Stark generará una imagen directa 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 reunirán espectros, que dispersarán la luz como un arco iris para revelar qué elementos están presentes. Los tres programas de observación agregarán detalles críticos a lo que se sabe sobre este sistema cercano.

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 por este sistema.

Al igual que 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 alrededor de 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 ocurre mucha actividad. Los guijarros y las rocas podrían estar chocando y rompiéndose en pedazos mucho más pequeños, enviando mucho polvo.

El equipo de Stark utilizará los coronógrafos de Webb, que bloquean la luz de la estrella, para observar las porciones débiles 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 cuerpos pequeños 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 eventualmente llegar a la región interna del sistema? Esos son detalles que podemos ayudar a resolver 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 emana 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 la reabsorbe y la vuelve a emitir 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 en STScI, ya está construyendo modelos complejos de Beta Pictoris. El primer modelo combina los datos existentes sobre el sistema, incluida la radio, el infrarrojo cercano, el infrarrojo lejano y la luz visible de los 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. “¿La luz que Webb observará es simétrica?” preguntó Rebollido. “¿O hay ‘golpes’ 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 el vapor de agua donde sabemos que hay gas”.

Piense en el disco de escombros de Beta Pictoris como una carretera elíptica muy transitada, excepto una donde no hay muchas reglas de tránsito. Las colisiones entre cometas y rocas más grandes pueden producir partículas de polvo fino que luego 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 descubriremos 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 signos 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 qué le está sucediendo al polvo y a mapear las diferencias sutiles en el polvo en cada región.

“Estoy ansioso por analizar los datos de Webb, ya que proporcionarán detalles exquisitos”, agregó Cicero X. Lu, miembro del equipo y doctorado 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 abombado. 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.

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 infrarrojas. Este observatorio permitirá a los investigadores recopilar por primera vez una gama más completa de luz infrarroja y datos sobre Beta Pictoris.

Estos estudios se llevarán a cabo como parte de los programas de Observaciones de tiempo garantizado (GTO) y Observadores generales (GO) de Webb . Los programas 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 mediante un sistema de revisión anónimo dual, el mismo sistema que se utiliza para asignar el tiempo en el telescopio espacial Hubble.