Mgławica Bumerang, której temperatura to kosmologicznie rześki 1 kelwin (-272 stopnie Celsjusza) jest najzimniejszym znanym obiektem we Wszechświecie. Zimniejszym w rzeczywistości, od słabej poświaty Wielkiego Wybuchu, która jest naturalną temperaturą tła przestrzeni.
Artykuł napisali Paulina Adamczuk i Ariel Majcher.
Astronomowie, korzystając z teleskopów ALMA (Atacama Large Millimeter Array, czyli Atakamska Wielka Sieć Milimetrowa) wykonali nowe obserwacje tego intrygującego obiektu, aby dowiedzieć się więcej o jego lodowatych właściwościach i określić rzeczywisty kształt, który ma wygląd niesamowicie podobny do ducha.
Pierwotne obserwacje z teleskopów naziemnych ukazywały niesymetryczny kształt tej mgławicy, czemu zawdzięcza swoją nazwę. Późniejsze obserwacje z Teleskopu Kosmicznego Hubble'a ujawniły łukowate struktury. Nowe dane z ALM-y wskazują jednak, że obraz Hubble'a mówi tylko część historii, a pojedyncze listki widziane w tym obrazie naprawdę mogą być sztuczką światła, którą widać w zakresie widzialnym.
„Ten bardzo zimny obiekt jest niezwykle interesujący, a dzięki ALM-ie możemy dowiedzieć się o wiele więcej o jego prawdziwej naturze” – powiedział Raghvendra Sahai, badacz i dyrektor w należącym do NASA Laboratorium Napędów Odrzutowych (ang. Jet Propulsion Laboratory) w Pasadenie, w Kalifornii, główny autor pracy opublikowanej w Astrophysical Journal. „To, co widziane przez naziemne teleskopy optyczne wyglądało jak podwójne płaty lub bumerang, jest w rzeczywistości o wiele szerszą strukturą, która bardzo szybko rozwija się w przestrzeni„.
Mgławica Bumerang, znajdująca się około 5000 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Centaura, jest stosunkowo młodym przykładem obiektu znanego jako mgławica planetarna. Mgławica planetarna, wbrew swojej nazwie, jest końcową fazą życia gwiazd takich jak nasze Słońce. Z ich jąder zostają białe karły, które emitują intensywne promieniowanie ultrafioletowe, powodujące świecenie gazu w mgławicy w jaskrawych kolorach.
Mgławica Bumerang to wczesna mgławica planetarna stanowiąca etap w życiu gwiazdy bezpośrednio poprzedzającej fazę mgławicy planetarnej, moment gdy gwiazda centralna nie jest jeszcze na tyle gorąca, aby emitować wystarczającą ilość promieniowania ultrafioletowego do produkcji charakterystycznej poświaty. Na tym etapie mgławica jest widoczna dzięki odbijaniu światła przez ziarna pyłu.
Wypływ gazu z tej konkretnej gwiazdy i jego gwałtownie rozszerzanie się prowadzi do procesu chłodzenia. W zasadzie działa to jak lodówka – wykorzystuje rozszerzanie się gazu do wytworzenia niskich temperatur. Naukowcy byli w stanie zmierzyć temperaturę gazu w mgławicy, widząc pochłanianie kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, które ma bardzo jednolitą temperaturę 2,8 kelwina (-270,3 stopni Celsjusza).
„Kiedy astronomowie spojrzeli na obiekt w 2003 roku przez Teleskop Kosmiczny Hubble'a, ujrzeli bardzo klasyczny kształt klepsydry” – skomentował Sahai. „Liczne mgławice planetarne mają ten sam wygląd – podwójnych listków, będących wynikiem wyrzucania przez gwiazdy z dużą prędkością strumieni gazu, które wykopują dziury w otaczającym je obłoku gazu, wyrzuconym wcześniej przez gwiazdy w fazie życia zwanej czerwonym olbrzymem„.
Obserwacje wykonane pojedynczym radioteleskopem nie pozwoliły na wykrycie struktur widocznych przez Teleskop Hubble'a, a jedynie na dostrzeżenie zwykłego, prawie sferycznego kształtu mgławicy. Natomiast dzięki bardzo dużej rozdzielczości ALM-y udało się usunąć te rozbieżności. Obserwacje rozkładu cząsteczek tlenku węgla, które świecą jasno w zakresie fal milimetrowych, pozwoliły astronomom wykryć strukturę podwójnego płata, który można zobaczyć na zdjęciu z Hubble'a, ale tylko w wewnętrznych obszarach mgławicy.
Naukowcy odkryli również wokół gwiazdy gęsty pas ziaren pyłu milimetrowych rozmiarów, co wyjaśnia, dlaczego ta zewnętrzna chmura ma kształt klepsydry w świetle widzialnym. Te cząstki pyłu utworzyły maskę Shadesa w części centralnej gwiazdy i umożliwiają wyciek światła tylko w wąskich, ale przeciwnych kierunkach do chmury, nadając jej wygląd klepsydry.
„Jest to ważne dla zrozumienia jak gwiazdy umierają i stają się mgławicami planetarnymi” – powiedział Sahai. „Korzystając z ALM-y, byliśmy dosłownie i w przenośni w stanie rzucić nowe światło na śmierć gwiazd podobnych do Słońca„.
Nowe badania wskazują również, że zewnętrzne frędzle mgławicy zaczynają się grzać, choć nadal są nieco chłodniejsze niż kosmiczne promieniowanie tła. Nagrzewanie może wynikać z efektu fotoelektrycznego – efektu po raz pierwszy wyjaśnionego przez Einsteina, w którym światło jest pochłaniane przez materiał substancji stałej, która pod jego wpływem emituje elektrony.
