Boomerang-tåken, en proto-planetarisk tåke som ble skapt av en døende rød gigantstjerne (som ligger omtrent 5000 lysår fra Jorden), har vært et overbevisende mysterium for astronomer siden 1995. Det var på dette tidspunktet, takket være et team som bruker nå avviklet 15 meter svensk-ESO Submillimetre Telescope (SESTI) i Chile, at denne tåken ble kjent som den kaldeste gjenstanden i det kjente universet.
Og nå, over 20 år senere, vet vi kanskje hvorfor. I følge et team av astronomer som brukte Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) - som ligger i Atacama-ørkenen i Nord-Chile - kan svaret innebære en liten ledsagerstjerne som stuper ned i den røde kjempen. Denne prosessen kunne ha kastet ut mesteparten av den større stjernens materie, og skapt en ultrakald strøm av gass og støv i prosessen.
Teamets funn dukket opp i et papir med tittelen “Det kaldeste stedet i universet: Probing the Ultra-cold Outflow and Dusty Disk in the Boomerang Nebula”, som nylig dukket opp i Astrophysical Journal. Anført av Raghvendra Sahai, en astronom ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, argumenterer de for at den raske ekspansjonen av denne gassen er det som har fått den til å bli så kald.
Opprinnelig oppdaget i 1980 av et team av astronomer som brukte det anglo-australske teleskopet ved Siding Spring Observatory, mysteriet med denne tåken ble tydelig da astronomer bemerket at det så ut til å absorbere lyset fra den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB). Denne bakgrunnsstrålingen, som er energien som er igjen fra Big Bang, gir den naturlige bakgrunnstemperaturen til rommet - 2,725 K (–270,4 ° C; -454,7 ° F).
For at Boomerang-tåken skulle absorbere den strålingen, måtte den være enda kaldere enn CMB. Etterfølgende observasjoner avdekket at dette faktisk var tilfelle, da tåken har en temperatur på mindre enn en halv grad K (-272,5 ° C; -458,5 ° F). Årsaken til dette har ifølge den nylige studien å gjøre med gassskyen som strekker seg fra den sentrale stjernen til en avstand på 21 000 AU (21 tusen ganger avstanden mellom Jorden og solen).
Gassskyen - som er resultatet av en jet som fyres av den sentrale stjernen - utvides med en hastighet som er omtrent ti ganger raskere enn hva en enkelt stjerne kunne produsere på egen hånd. Etter å ha foretatt målinger med ALMA som avslørte regioner av utstrømningen som aldri før ble sett (ut til en avstand på omtrent 120 000 AU), konkluderte teamet med at dette er hva som fører temperaturene til nivåer lavere enn bakgrunnsstrålingen
De argumenterer videre for at dette var et resultat av at den sentrale stjernen hadde kollidert med en binær følgesvenn i fortiden, og til og med var i stand til å utlede hvordan det primære var før dette fant sted. Den primære, hevder de, var en Red Giant Branch (RGB) eller tidlig-RGB-stjerne - dvs. en stjerne i sluttfasen av sin livssyklus - hvis utvidelse fikk sin binære følgesvenn til å bli trukket inn av alvoret.
Ledsagerstjernen ville til slutt ha slått seg sammen med kjernen, noe som fikk utstrømningen av gass til å begynne. Som Raghvendra Sahai forklarte i en pressemelding fra NRAO:
Disse nye dataene viser oss at det meste av konvolutten fra den enorme røde kjempestjernen har blitt sprengt ut i verdensrommet i hastigheter langt utenfor mulighetene til en enkelt, rød kjempestjerne. Den eneste måten å skyte ut så mye masse og i så ekstreme hastigheter er fra gravitasjonsenergien til to samvirkende stjerner, noe som vil forklare de underlige egenskapene til den ekstremt kalde utstrømningen. "
Disse funnene ble gjort mulig takket være ALMAs evne til å gi presise målinger på tåkeens omfang, alder, masse og kinetisk energi. I tillegg til å måle utstrømningshastigheten samlet de at den har funnet sted i rundt 1050 til 1925 år. Funnene indikerer også at Boomerang-tåkenes dager som den kaldeste gjenstanden i det kjente universet kan være nummerert.
Ser fremover, forventes den røde kjempestjernen i sentrum å fortsette prosessen med å bli en planetarisk tåke - der stjerner kaster sine ytre lag for å danne et ekspanderende skall av gass. I denne forbindelse forventes det at den krymper og blir varmere, noe som vil varme opp nebulaen rundt den og gjøre den lysere.
Som Lars-Åke Nyman, en astronom ved Joint ALMA Observatory i Santiago, Chile, og medforfatter på papiret, sa:
”Vi ser dette bemerkelsesverdige objektet på en veldig spesiell, veldig kortvarig periode av livet. Det er mulig at disse superkosmiske frysere er ganske vanlige i universet, men de kan bare opprettholde slike ekstreme temperaturer i relativt kort tid. "
Disse funnene kan også gi ny innsikt i et annet kosmologisk mysterium, som er hvordan kjempestjerner og deres følgesvenner oppfører seg. Når den større stjernen i disse systemene eksisterer sin hovedsekvensfase, kan den konsumere sin mindre følgesvenn og tilsvarende bli en "kosmisk fryser". Her ligger verdien av objekter som Boomerang-tåken, som utfordrer konvensjonelle ideer om interaksjoner mellom binære systemer.
Det demonstrerer også verdien av neste generasjons instrumenter som ALMA. Gitt deres overlegne optiske evner og evne til å skaffe mer informasjon med høy oppløsning, kan de vise oss noen ting som aldri før har sett om universet vårt, som bare kan utfordre våre forutinntatte forestillinger om hva som er mulig der ute.
