Hubble, Beta Pictoris'teki 'Kedi Kuyruğu'nu ilk kez görünür ışıkta da yakaladı

Gökbilimciler, Ressam Sehpası takımyıldızındaki genç yıldız Beta Pictoris'in çevresinde iki yıl önce James Webb Uzay Teleskobu'yla keşfedilen "Kedi Kuyruğu" adlı toz yapısını, Hubble Uzay Teleskobu'nun görünür ışık verisinde de saptadı. The Astrophysical Journal Letters'ta yayımlanan çalışmaya göre kuyruktaki toz neredeyse tamamen karbonca zengin organik maddeden oluşuyor ve bu kadar tozu üretebilmek için birbirine çarpan cisimlerin Plüton'un uydusu Charon ya da cüce gezegen Makemake büyüklüğünde olması gerekiyor.

Çalışmanın baş yazarı, Arizona Üniversitesi Ay ve Gezegen Laboratuvarı'nda doktora adayı olan Arin Avsar. Ekip, Hubble'ın 2012 ile 2025 arasında altı ayrı dönemde yaptığı gözlemleri birleştirdi.

Genç bir Güneş Sistemi kopyası

Makaledeki değerlere göre Beta Pictoris bizden 19,8 parsek, yani yaklaşık 65 ışık yılı uzakta ve yalnızca 18,5 milyon yaşında. 4,6 milyar yaşındaki Güneş Sistemi'yle karşılaştırıldığında, gezegenlerin hâlâ yerleştiği ve çarpışmaların sık yaşandığı bir dönemi temsil ediyor. Yıldızın çevresinde 1000 astronomik birimin ötesine uzanan parlak bir enkaz diski var. Bir astronomik birim, Dünya ile Güneş arasındaki ortalama uzaklık. Sistemde Jüpiter'den ağır üç gezegen doğrulandı: Beta Pictoris b, c ve kısa süre önce görüntülenen Beta Pictoris d.

Diskte yakın geçmişte büyük bir çarpışma olduğuna dair ipuçları yıllardır birikiyor: Güneybatı tarafında aşırı yoğun bir toz topağı ve ALMA'nın aynı yerde bulduğu karbon monoksit gazı. Webb'in orta kızılötesi kamerası MIRI 2024'te, bu topağın tabanından diskin düzleminin üstüne doğru kıvrılan bir uzantı gösterdi. Keşif ekibi, yapının yaklaşık 100-200 yıl önce cüce gezegen boyutundaki iki cismin çarpışmasıyla başlayan bir parçalanma zincirinin ürünü olduğu sonucuna varmıştı. Ancak kuyruk o güne kadar yalnızca kızılötesinde görülüyordu.

Neden bu kadar sönük?

Hubble'ın Uzay Teleskobu Görüntüleme Tayfölçeri (STIS), yıldızın ışığını bir koronagrafla örterek çevresindeki tozdan saçılan ışığı topluyor. Toplam yaklaşık üç saatlik pozlamayla disk, STIS ile ilk kez 500 astronomik birimlik izdüşüm uzaklığına kadar izlendi. 2025 gözlemleri, Hubble'ın tek jiroskopla çalıştığı kısıtlı kipe göre yeniden planlanmak zorunda kalmış.

Kuyruğun görünür ve yakın kızılötesi ışıktaki parlaklığı, Webb'in 15,5 mikronda ölçtüğünün yalnızca binde 1 ila 4'ü kadar çıktı. Yapı Hubble görüntüsünde yıldızdan yaklaşık 230 astronomik birim uzaklığa kadar seçiliyor; Webb'de görülen yukarı kıvrık ucu ise arka plandan ayırt edilemiyor. Araştırmacılar bu oranı toz modelleriyle karşılaştırdığında, taneciklerin yüzde 85-99'unun ısıya dayanıklı organik maddeden, kalanının silikattan oluştuğunu buldu. Taneciklerin çok gözenekli olduğu, sıcaklıklarının da yaklaşık 120-145 kelvin olduğu hesaplandı. Karbon zincirlerinden oluşan bu tür maddeler görünür ışığı güçlü biçimde soğurduğu için kuyruk bu dalga boylarında son derece karanlık kalıyor.

Çarpışan cisimler ne büyüklükteydi?

Güneş Sistemi'nde bu tür organik maddeler, Kuiper Kuşağı cisimlerinin, özellikle Plüton'un kırmızımsı yüzey tayfını en iyi açıklayan bileşen. Ancak yüzeydeki ince tabaka çok az kütle tutuyor; kuyruğu oluşturmak için gereken organik toz, Plüton'un kütlesinin yaklaşık binde biri kadar. Araştırmacılar bu yüzden maddenin parçalanan cisimlerin iç kısmından geldiğini düşünüyor.

Ekip, kuyruklu yıldızlardaki, cüce gezegenlerdeki ve yıldızlararası tozdaki organik oranlarından yola çıkarak dış gezegen sistemlerindeki cisimler için kütlece yüzde 14-38'lik bir organik payı kullandı. Bu durumda kuyruktaki yaklaşık 2×10¹⁹ kilogramlık organik enkazı üretebilmek için çarpışan her cismin 1-3×10²¹ kilogram kütlesinde olması gerekiyor. Güneş Sistemi'ndeki cüce gezegenlere benzer bir yoğunluk varsayıldığında bu, 600-800 kilometrelik yarıçapa karşılık geliyor; Charon ve Makemake ile aynı sınıf.

Açık kalan sorular

Hubble verisi, kuyruğun dışında da bir tuhaflık gösterdi: Diskin dış halesi yaklaşık 130 astronomik birimden sonra bükülüyor ve iki yanı farklı parlaklıkta. Araştırmacılar bunun gezegenlerle diskin kütleçekimsel etkileşiminden kaynaklanabileceğini, ancak doğrulamak için ayrıntılı dinamik modellere ihtiyaç olduğunu belirtiyor. Bu kadar küçük ve gözenekli taneciklerin bir çarpışmada nasıl oluştuğu da henüz yanıtsız. Ekip ayrıca toz saçılımı için basitleştirilmiş bir model kullandıklarını, kuyruğun konumu ve geometrisinin Webb'in NIRCam gözlemleri ve daha ayrıntılı saçılma hesaplarıyla netleşebileceğini not ediyor.