Boomerang-tågen, en proto-planetarisk tåge, der blev skabt af en døende rød gigantisk stjerne (beliggende ca. 5000 lysår fra Jorden), har været et overbevisende mysterium for astronomer siden 1995. Det var på dette tidspunkt takket være et team, der bruger nu nedlagt 15-meter svensk-ESO Submillimetre Teleskop (SESTI) i Chile, at denne tåge blev kendt som det koldeste objekt i det kendte univers.
Og nu, over 20 år senere, ved vi måske hvorfor. Ifølge et team af astronomer, der brugte Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) - beliggende i Atacama-ørkenen i det nordlige Chile - kan svaret involvere en lille ledsagerstjern, der dykker ned i den røde kæmpe. Denne proces kunne have kastet det meste ud af den større stjernes stof og skabt en ultrakold udstrømning af gas og støv i processen.
Holdets fund blev vist i et papir med titlen "Det koldeste sted i universet: Probing the Ultra-cold Outflow and Dusty Disk in the Boomerang Nebula", som for nylig optrådte i Astrofysisk tidsskrift. Anført af Raghvendra Sahai, en astronom ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, hævder de, at den hurtige ekspansion af denne gas er det, der har fået den til at blive så kold.
Oprindeligt opdaget i 1980 af et team af astronomer, der brugte det anglo-australske teleskop ved Siding Spring Observatory, mysteriet med denne tåge blev synlig, da astronomer bemærkede, at det så ud til at absorbere lyset fra den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB). Denne baggrundsstråling, som er den energi, der er tilbage fra Big Bang, giver den naturlige baggrundstemperatur i rummet - 2.725 K (–270.4 ° C; -454.7 ° F).
For at Boomerang-tågen kunne absorbere denne stråling, måtte den være endnu koldere end CMB. Efterfølgende observationer afslørede, at dette faktisk var tilfældet, da tågen har en temperatur på mindre end en halv grad K (-272,5 ° C; -458,5 ° F). Årsagen til dette har ifølge den nylige undersøgelse at gøre med gasskyen, der strækker sig fra den centrale stjerne til en afstand på 21.000 AU (21 tusind gange afstanden mellem Jorden og Solen).
Gasskyen - som er resultatet af en jet, der fyres af den centrale stjerne - udvides med en hastighed, der er cirka 10 gange hurtigere end hvad en enkelt stjerne kunne producere på egen hånd. Efter at have foretaget målinger med ALMA, der afslørede regioner i udstrømningen, som aldrig før blev set (ud til en afstand af ca. 120.000 AU'er), konkluderede teamet, at det er dette, der fører temperaturerne til niveauer, der er lavere end baggrundsstrålingen.
De hævder endvidere, at dette var resultatet af, at den centrale stjerne havde kollideret med en binær ledsager i fortiden og endda var i stand til at udlede, hvordan det primære var før dette fandt sted. Den primære, hævder de, var en Red Giant Branch (RGB) eller en tidlig RGB-stjerne - dvs. en stjerne i den sidste fase af sin livscyklus - hvis ekspansion fik sin binære ledsager til at blive trukket ind af dens tyngdekraft.
Den ledsagende stjerne ville i sidste ende fusioneres med sin kerne, hvilket fik udstrømningen af gas til at begynde. Som Raghvendra Sahai forklarede i en NRAO-pressemeddelelse:
”Disse nye data viser os, at det meste af stjernekonvolutten fra den massive røde gigantstjerne er sprængt ud i rummet med hastigheder langt ud over kapaciteten hos en enkelt, rød gigantstjerne. Den eneste måde at sprøjte så meget masse og i så ekstreme hastigheder på er fra tyngdeenergien fra to interagerende stjerner, hvilket ville forklare de forundrende egenskaber ved den ultrakolde udstrømning. ”
Disse fund blev muliggjort takket være ALMAs evne til at tilvejebringe præcise målinger af tågenes omfang, alder, masse og kinetisk energi. Ud over at måle udstrømningshastigheden samlet de også, at det har fundet sted i omkring 1050 til 1925 år. Resultaterne viser også, at Boomerang-tågenens dage som det koldeste objekt i det kendte univers kan være nummereret.
Ser vi fremad forventes den røde kæmpe-stjerne i midten at fortsætte processen med at blive en planetarisk tåge - hvor stjerner kaster deres ydre lag for at danne et ekspanderende gasskal. I denne henseende forventes det, at den krymper og bliver varmere, hvilket vil varme op tågen omkring den og gøre den lysere.
Som Lars-Åke Nyman, en astronom ved det fælles ALMA-observatorium i Santiago, Chile, og medforfatter på papiret, sagde:
”Vi ser dette bemærkelsesværdige objekt på en meget speciel, meget kortvarig periode i dens liv. Det er muligt, at disse superkosmiske frysere er ret almindelige i universet, men de kan kun opretholde sådanne ekstreme temperaturer i relativt kort tid. ”
Disse fund kunne også give ny indsigt i et andet kosmologisk mysterium, som er, hvordan gigantiske stjerner og deres ledsagere opfører sig. Når den større stjerne i disse systemer findes sin hovedsekvensfase, kan den forbruge sin mindre ledsager og på lignende måde blive en ”kosmisk fryser”. Heri ligger værdien af objekter som Boomerang-tågen, som udfordrer konventionelle ideer om interaktion mellem binære systemer.
Det demonstrerer også værdien af næste generations instrumenter som ALMA. I betragtning af deres overlegne optiske evner og evne til at opnå mere information i høj opløsning, kan de vise os nogle aldrig før set ting om vores univers, som kun kan udfordre vores forudfattede forestillinger om, hvad der er muligt derude.
