Når stjerner med lav til mellomvekt som vår sol nærmer seg slutten av livssyklusene, kaster de etter hvert av sine ytre lag, etterlater seg en tett, hvit dvergstjerne. Disse ytre lagene ble en massiv sky av støv og gass, som er preget av lyse farger og intrikate mønstre, kjent som en planetnebula. En dag vil sola vår bli en slik tåke, som kan sees fra lysår unna.
Denne prosessen, der en døende stjerne gir opphav til en massiv sky av støv, var allerede kjent for å være utrolig vakker og inspirerende takket være mange bilder tatt av Hubble. Etter å ha sett den berømte Ant Nebula med European Space Agency's (ESA) Herschel Space Observatory, et team av astronomer oppdaget et uvanlig laserutslipp som antyder at det er et dobbeltstjernersystem i midten av tåken.
Studien, med tittelen “Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): hydrogenrekombinasjons laserlinjer i Mz 3 “, dukket nylig opp i Månedlige merknader fra Royal Astronomical Society. Studien ble ledet av Isabel Aleman fra University of São Paulo og Leiden Observatory, og inkluderte medlemmer fra Herschel Science Center, Smithsonian Astrophysical Observatory, Institute of Astronomy and Astrophysics, og flere universiteter.
Ant Nebula (aka. Mz 3) er en ung bipolar planetnebula som ligger i stjernebildet Norma, og tar navnet fra de to lobene av gass og støv som ligner hodet og kroppen til en maur. I det siste ble denne nebellas vakre og intrikate natur avbildet av NASA / ESA Hubble romteleskop. De nye dataene som er innhentet av Herschel indikerer også at Ant Nebula stråler intense laserutslipp fra kjernen.
I verdensrommet oppdages infrarøde laserutslipp ved svært forskjellige bølgelengder og bare under visse forhold, og bare noen få av disse romlaserne er kjent. Interessant nok var det astronomen Donald Menzel - som først observerte og klassifiserte myrnevelen i 1920 (derav hvorfor den offisielt er kjent som Menzel 3 etter ham) - som var en av de første som antydet at det kunne oppstå lasere i tåke.
I følge Menzel ville under visse forhold naturlig "lysforsterkning ved stimulerte utslipp av stråling" (også kalt hvor vi får betegnelsen laser fra) forekomme i verdensrommet. Dette var lenge før oppdagelsen av lasere i laboratorier, en anledning som feires årlig 16. mai, kjent som UNESCOs internasjonale lysdag. Som sådan var det veldig passende at denne artikkelen også ble utgitt 16. mai, og feiret utviklingen av laseren og dens oppdager, Theodore Maiman.
Som Isabel Aleman, hovedforfatter av en artikkel, beskrev resultatene:
Når vi ser Menzel 3, ser vi en utrolig intrikat struktur som består av ionisert gass, men vi kan ikke se at gjenstanden i sentrum produserer dette mønsteret. Takket være følsomheten og det brede bølgelengdeområdet til Herschel-observatoriet oppdaget vi en veldig sjelden type utslipp som kalles hydrogenrekombinasjonslinjelaserutslipp, som ga en måte å avsløre tåkenes struktur og fysiske forhold. ”
"Slik utslipp har bare blitt identifisert i en håndfull objekter før, og det er et lykkelig tilfeldighet at vi oppdaget den typen utslipp som Menzel antydet, i en av de planetariske tåker som han oppdaget," la hun til.
Den typen laserutslipp de observerte trenger veldig tett gass nær stjernen. Ved å sammenligne observasjoner fra Herschel-observatoriet med modeller av planetariske tåler fant teamet at tettheten til gassen som avgir laserne var omtrent ti tusen ganger tettere enn gassen som ble sett i typiske planetnevler, og i lobene på selve Ant-tåken.
Normalt er regionen nær den døde stjernen - i dette tilfellet omtrent avstanden mellom Saturn og solen - ganske tom fordi materialet ble kastet utover etter at stjernen gikk supernova. All langvarig gass vil snart falle tilbake på den. Men som professor Albert Zijlstra, fra Jodrell Bank Center for Astrophysics og en medforfatter på studien, sa det:
“Den eneste måten å holde så tett gass nær stjernen på er hvis den kretser rundt den på en plate. I denne tåken har vi faktisk observert en tett plate i sentrum som sees omtrent kant-på. Denne retningen er med på å forsterke lasersignalet. Platen antyder at det er en binær ledsager, fordi det er vanskelig å få den utkastede gassen til å gå i bane med mindre en ledsagerstjerne avleder den i riktig retning. Laseren gir oss en unik måte å undersøke platen rundt den døende stjernen, dypt inne i planetens tåke. ”
Mens astronomer ennå ikke har sett den forventede andre stjernen, er de håpefulle at fremtidige undersøkelser vil kunne finne den, og dermed avsløre opprinnelsen til Ant Nebulas mystiske lasere. På den måten vil de kunne koble sammen to funn (dvs. planetarisk tåke og laser) gjort av den samme astronomen for over hundre år siden. Som Göran Pilbratt, ESAs Herschel-prosjektforsker, la til:
"Denne studien antyder at den særegne ant-tåken slik vi ser den i dag, ble skapt av den komplekse naturen til et binært stjernesystem, som påvirker formen, de kjemiske egenskapene og evolusjonen i disse siste stadiene av en stjerners liv. Herschel tilbød de perfekte observasjonsfunksjonene for å oppdage denne ekstraordinære laseren i Ant-tåken. Funnene vil bidra til å begrense forholdene under hvilket fenomenet oppstår, og hjelpe oss med å avgrense modellene våre for fremragende evolusjon. Det er også en lykkelig konklusjon at Herschel-oppdraget klarte å koble sammen Menzels to funn fra nesten et århundre siden. "
Neste generasjon romteleskoper som kan fortelle oss mer om planetariske tåler og livssyklusene til stjerner inkluderer James Webb romteleskop (JWST). Når dette teleskopet tar plass til verdensrommet i 2020, vil det bruke sine avanserte infrarøde evner for å se objekter som ellers er tilslørt av gass og støv. Disse studiene kunne avsløre mye om den indre strukturen i tåker, og kanskje kaste lys over hvorfor de med jevne mellomrom skyter ut “romlasere”.
