De Boomerang-nevel, een proto-planetaire nevel die is gemaakt door een stervende rode reuzenster (op ongeveer 5000 lichtjaar van de aarde), is sinds 1995 een meeslepend mysterie voor astronomen. Het was in die tijd dankzij een team dat de de inmiddels buiten gebruik gestelde 15 meter Zweedse ESO Submillimetre Telescope (SESTI) in Chili, dat deze nevel bekend werd als het koudste object in het bekende heelal.
En nu, meer dan 20 jaar later, weten we misschien waarom. Volgens een team van astronomen dat de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) gebruikte - gelegen in de Atacama-woestijn in het noorden van Chili - kan het antwoord een kleine metgezel zijn die in de rode reus stort. Dit proces had het grootste deel van de materie van de grotere ster kunnen uitwerpen, waardoor er een ultrakoude uitstroom van gas en stof is ontstaan.
De bevindingen van het team verschenen in een paper getiteld "The Coldest Place in the Universe: Probing the Ultra-cold Outflow and Dusty Disk in the Boomerang Nebula", dat onlangs verscheen in de Astrophysical Journal. Onder leiding van Raghvendra Sahai, een astronoom bij NASA's Jet Propulsion Laboratory, beweren ze dat de snelle uitzetting van dit gas het zo koud heeft gemaakt.
Oorspronkelijk ontdekt in 1980 door een team van astronomen die de Anglo-Australische telescoop van het Siding Spring Observatory gebruikten, werd het mysterie van deze nevel duidelijk toen astronomen opmerkten dat het het licht van de kosmische microgolfachtergrond (CMB) leek te absorberen. Deze achtergrondstraling, de energie die overblijft van de oerknal, zorgt voor de natuurlijke achtergrondtemperatuur van de ruimte - 2,725 K (–270,4 ° C; -454,7 ° F).
Om de straling te absorberen, moest de Boemerangnevel nog kouder zijn dan de CMB. Latere waarnemingen lieten zien dat dit in feite het geval was, aangezien de nevel een temperatuur heeft van minder dan een halve graad K (-272,5 ° C; -458,5 ° F). De reden hiervoor heeft volgens de recente studie te maken met de gaswolk die zich uitstrekt van de centrale ster tot een afstand van 21.000 AU (21 duizend keer de afstand tussen de aarde en de zon).
De gaswolk - die het resultaat is van een straal die wordt afgevuurd door de centrale ster - breidt zich uit met een snelheid die ongeveer 10 keer sneller is dan wat een enkele ster alleen zou kunnen produceren. Na het uitvoeren van metingen met ALMA die gebieden van de uitstroom aan het licht brachten die nog nooit eerder waren gezien (tot op een afstand van ongeveer 120.000 AU's), concludeerde het team dat dit is wat de temperatuur naar lagere niveaus drijft dan die van achtergrondstraling
Ze beweren verder dat dit het gevolg was van het feit dat de centrale ster in het verleden in botsing was gekomen met een binaire metgezel en zelfs konden afleiden hoe de primaire was voordat deze plaatsvond. De primaire, beweren ze, was een Red Giant Branch (RGB) of vroege RGB-ster - d.w.z. een ster in de laatste fase van zijn levenscyclus - waarvan de uitzetting ervoor zorgde dat zijn binaire metgezel door zijn zwaartekracht naar binnen werd getrokken.
De begeleidende ster zou uiteindelijk zijn samengesmolten met zijn kern, waardoor de uitstroom van gas begon. Zoals Raghvendra Sahai uitlegde in een NRAO-persbericht:
'Deze nieuwe gegevens tonen ons dat het grootste deel van de sterrenomhulling van de massieve rode reuzenster de ruimte in is gestraald met snelheden die ver boven de mogelijkheden van een enkele, rode reuzenster uitstijgen. De enige manier om zoveel massa en met zulke extreme snelheden uit te stoten, is door de zwaartekrachtsenergie van twee op elkaar inwerkende sterren, wat de raadselachtige eigenschappen van de ultrakoude uitstroom zou verklaren. ”
Deze bevindingen zijn mogelijk gemaakt dankzij het vermogen van de ALMA om nauwkeurige metingen te doen van de omvang, leeftijd, massa en kinetische energie van de nevel. Naast het meten van de uitstroomsnelheid, ontdekten ze ook dat deze al ongeveer 1050 tot 1925 jaar plaatsvindt. De bevindingen geven ook aan dat de dagen van de Boomerangnevel als het koudste object in het bekende heelal kunnen worden geteld.
Vooruitblikkend, wordt verwacht dat de rode reuzenster in het centrum het proces van het worden van een planetaire nevel zal voortzetten - waar sterren hun buitenste lagen afwerpen om een expanderende gasschaal te vormen. In dit opzicht wordt verwacht dat het krimpt en heter wordt, waardoor de nevel eromheen opwarmt en helderder wordt.
Zoals Lars-Åke Nyman, een astronoom bij de Joint ALMA Observatory in Santiago, Chili, en co-auteur van het artikel, zei:
“We zien dit opmerkelijke object in een heel bijzondere, zeer kortstondige periode van zijn leven. Het is mogelijk dat deze super-kosmische vriezers vrij algemeen zijn in het universum, maar ze kunnen dergelijke extreme temperaturen maar relatief kort aanhouden. "
Deze bevindingen kunnen ook nieuwe inzichten opleveren in een ander kosmologisch mysterie, namelijk hoe gigantische sterren en hun metgezellen zich gedragen. Wanneer de grotere ster in deze systemen zijn hoofdreeksfase heeft, kan hij zijn kleinere metgezel consumeren en op dezelfde manier een "kosmische vriezer" worden. Hierin ligt de waarde van objecten zoals de Boemerangnevel, die conventionele ideeën over de interacties van binaire systemen uitdaagt.
Het toont ook de waarde van instrumenten van de volgende generatie, zoals ALMA. Gezien hun superieure optische mogelijkheden en het vermogen om meer informatie met een hoge resolutie te verkrijgen, kunnen ze ons een aantal nooit eerder vertoonde dingen over ons universum laten zien, wat onze vooropgezette ideeën over wat er mogelijk is alleen maar kan uitdagen.
