Il telescopio spaziale Hubble ha rilevato per la prima volta nella luce visibile la «Coda di gatto», una lunga scia di polvere che circonda la giovane stella Beta Pictoris. In questa banda la struttura è da 200 a 1.000 volte più debole rispetto all’infrarosso e sembra composta per l’85-99% da materiale ricco di carbonio. Secondo le stime, la polvere potrebbe essere il residuo dello scontro tra due corpi celesti con un diametro minimo di circa 1.200-1.600 chilometri, paragonabili a Caronte, la luna di Plutone, o a Makemake.
La ricerca è stata guidata da Arin Avsar, dottorando al Lunar and Planetary Laboratory dell’Università dell’Arizona, e pubblicata su The Astrophysical Journal Letters. Beta Pictoris si trova a circa 65 anni luce dalla Terra e ha circa 18,5 milioni di anni. È ancora circondata dai detriti rimasti dalla formazione dei suoi pianeti. La Coda di gatto era stata individuata nel 2024 grazie al telescopio spaziale James Webb, che ne aveva osservato la luce infrarossa emessa dalla polvere calda.
«Si ritiene che la Coda di gatto sia il risultato dello scontro tra corpi di grandi dimensioni: qualcosa come Plutone», ha detto Avsar. «Stranamente, finora questa struttura era stata osservata solo con il telescopio spaziale James Webb, che rileva la luce infrarossa, mentre restava invisibile alle lunghezze d’onda più corte. Questo ha lasciato per un po’ perplessa la comunità scientifica».
Per cercare la scia, il gruppo ha sovrapposto immagini di Hubble raccolte in sei sessioni tra il 2012 e il 2025. Ne è risultata l’immagine più profonda del sistema ottenuta finora con il telescopio, anche se il segnale resta debole: vicino alla punta, la coda è appena più luminosa della polvere circostante.
La spiegazione proposta dai ricercatori riguarda la composizione dei granelli. Il materiale organico refrattario, cioè resistente al calore e composto in gran parte da carbonio, assorbe la luce visibile. «Pensiamo che finora la Coda di gatto sia sfuggita alle nostre osservazioni nella luce visibile per via della sua composizione», ha detto Avsar. «È costituita quasi interamente da quello che chiamiamo materiale organico refrattario, composto in gran parte da carbonio. Le lunghe catene di atomi di carbonio assorbono la luce visibile, perciò sono molto scure».
Per verificare l’ipotesi, il gruppo ha simulato al computer granelli composti da miscele diverse. Quelli rocciosi, formati dagli stessi tipi di minerali presenti nella crosta terrestre, avrebbero reso la coda da 100 a 10.000 volte più luminosa nella luce visibile rispetto a quanto osservato da Hubble. La corrispondenza migliore è stata ottenuta con granelli composti, in peso, per l’85-99% da materiale ricco di carbonio e per il resto da una piccola quantità di roccia. La composizione è coerente con le precedenti misurazioni infrarosse di Webb.
I ricercatori hanno anche controllato che la coda non fosse un artefatto comparso in una sola sessione. Hanno escluso a turno ciascuna delle sei osservazioni e ricostruito l’immagine: la struttura è rimasta visibile ogni volta, anche se la zona vicino alla punta risultava più disturbata.
I modelli indicano inoltre che i granelli sono molto porosi: tra il 55% e il 93% del loro volume è spazio vuoto. Granelli così piccoli, scuri e soffici sono insoliti. «Nessuno sa davvero come si possano formare granelli di polvere così piccoli e porosi come quelli che osserviamo qui. È uno dei motivi per cui studiamo questa struttura», ha detto Avsar. L’origine della polvere, prodotta dalla trasformazione di un giovane corpo planetario, resta comunque oggetto di ipotesi.
Kevin Wagner, coautore dello studio e NASA Sagan Postdoctoral Fellow allo Steward Observatory dell’Università dell’Arizona, ha suggerito un possibile processo: «È possibile che le velocità raggiunte negli scontri fossero così elevate da vaporizzare i granelli di carbonio, trasformandoli in gas. Raffreddandosi, il gas si sarebbe poi ricondensato: è così che i granelli potrebbero essere diventati tanto porosi».
Il gruppo di Webb che scoprì la coda nel 2024 aveva stimato che lo scontro fosse avvenuto circa 100-200 anni fa e aveva calcolato la quantità di polvere ricca di carbonio presente. Avsar e colleghi hanno quindi cercato di stimare le dimensioni dei corpi necessari a produrla. Basandosi sulle misurazioni di una cometa, del pianeta nano Haumea e della polvere che si disperde tra le stelle, hanno ipotizzato che il materiale ricco di carbonio costituisse il 14-38% della massa dei corpi. A seconda della quantità di carbonio assunta, ciascun corpo avrebbe avuto un diametro minimo di circa 1.200-1.600 chilometri, dimensioni paragonabili a quelle di Caronte o Makemake, due corpi ghiacciati della fascia di Kuiper, la regione oltre Nettuno in cui orbita Plutone.
Si tratta di dimensioni minime, non di una stima delle dimensioni più probabili. I calcoli assumono che i detriti abbiano la stessa densità a tutte le scale, ma i granelli soffici della coda sono molto meno densi dei frammenti solidi: i corpi originari potrebbero quindi essere stati più grandi. Il carbonio proveniva probabilmente dalle loro profondità. La superficie rossastra di Plutone è ricoperta da materiale simile, ma lo strato superficiale ne contiene troppo poco per produrre una coda come questa.
Le immagini di Webb, come tutte le fotografie, mostrano la coda in due dimensioni e non rivelano quanto si estenda verso la Terra o nella direzione opposta. Per descrivere distanze di questo tipo gli astronomi usano l’unità astronomica, pari alla distanza media tra la Terra e il Sole: circa 150 milioni di chilometri. La luce visibile può aiutare a ricostruire la geometria perché la polvere la diffonde in modo diverso a seconda dell’angolo tra stella, granelli e telescopio. Il calore emesso dalla polvere, invece, appare uguale da ogni angolazione.
Confrontando le osservazioni dei due telescopi, il gruppo ha stimato l’orientamento della struttura. «Abbiamo scoperto che, invece di estendersi per 1.000 unità astronomiche dietro la stella, la Coda di gatto potrebbe svilupparsi direttamente di lato rispetto a noi, senza estendersi in una terza dimensione», ha detto Avsar. «Si trova essenzialmente sullo stesso piano del cielo della stella e forse si estende un po’ dietro di essa». I modelli non consentono però di stabilirlo con certezza: indicano leggermente di più una coda che si estende in parte dietro la stella, ma non escludono che dalla Terra appaia sullo stesso piano.
Hubble ha tracciato anche un debole alone di polvere fine che circonda il disco sopra e sotto la sua parte centrale piatta. Le nuove immagini seguono il disco fino a circa 500 unità astronomiche dalla stella, cioè circa 75 miliardi di chilometri. I telescopi terrestri avevano già mappato l’alone nel 1995, ma la visione di Hubble è circa 20 volte più nitida. Le immagini mostrano che l’alone è asimmetrico e deformato: da un lato sporge sopra il disco, dall’altro sotto.
Una deformazione simile è presente nello strato principale del disco. Studi precedenti l’avevano collegata a Beta Pictoris b, un pianeta gigante la cui orbita è inclinata rispetto al disco. Il gruppo di Avsar ipotizza che lo stesso pianeta, o forse Beta Pictoris d, scoperto di recente, possa influenzare anche l’alone. «Questo ci offre un’ulteriore prova di come i pianeti giganti influenzino le comete con la loro enorme forza gravitazionale», ha detto Avsar. «Dimostra quanto questi pianeti massicci influenzino davvero la polvere e i corpi ghiacciati circostanti, fino a centinaia di unità astronomiche». Per verificare l’ipotesi serviranno modelli al computer che includano tutti e tre i pianeti e la spinta esercitata dalla luce stellare sui granelli più piccoli.
Resta da capire dove sia finita la componente rocciosa. Secondo una stima, le lune ghiacciate e i pianeti nani del Sistema solare sono composti per il 45-70% da roccia in peso, e gran parte del materiale ricco di carbonio è mescolata ai loro nuclei rocciosi. Uno scontro tra due corpi di questo tipo avrebbe quindi dovuto liberare molta roccia insieme al carbonio, ma nella Coda di gatto se ne osserva pochissima.
La luce della stella potrebbe aver separato i detriti: spinge i granelli ricchi di carbonio più di quelli rocciosi, che potrebbero così essersi distribuiti in zone diverse. La roccia potrebbe trovarsi in altri ammassi di polvere del disco già osservati da Webb. Hubble ha inoltre rilevato una debole macchia vicino a un secondo disco inclinato attorno alla stella, ma il segnale è troppo debole per capire se sia polvere reale o un difetto dell’immagine. Osservazioni più profonde del sistema con Hubble, già in programma, dovrebbero aiutare a chiarire la questione. Modelli più dettagliati di come i granelli diffondono la luce potrebbero inoltre permettere di determinare meglio la direzione della coda.
Fonte: earth.com
