Når stjerner med lav til mellemvægt som vores sol nærmer sig slutningen af deres livscyklus, kaster de til sidst deres ydre lag af og efterlader en tæt, hvid dværgstjerne. Disse ydre lag blev en massiv sky af støv og gas, der er kendetegnet ved lyse farver og indviklede mønstre, kendt som en planetarisk tåge. En dag vil vores sol forvandle sig til en sådan tåge, en der kunne ses fra lysår væk.
Denne proces, hvor en døende stjerne giver anledning til en massiv sky af støv, var allerede kendt for at være utroligt smuk og inspirerende takket være mange billeder taget af Hubble. Efter at have set den berømte ant-tåge med Det Europæiske Rumagenturs (ESA) Herschel Space Observatory, et team af astronomer opdagede en usædvanlig laseremission, der antyder, at der er et dobbeltstjernersystem i midten af tågen.
Undersøgelsen med titlen "Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): hydrogenrekombination laserlinjer i Mz 3 “, for nylig dukket op i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society. Undersøgelsen blev ledet af Isabel Aleman fra University of São Paulo og Leiden Observatory og omfattede medlemmer fra Herschel Science Center, Smithsonian Astrophysical Observatory, Institute of Astronomy and Astrophysics, og flere universiteter.
Ant Nebula (alias Mz 3) er en ung bipolær planetnebula beliggende i stjernebilledet Norma og tager sit navn fra de to lobes af gas og støv, der ligner hovedet og kroppen af en maur. Tidligere blev denne tågens smukke og indviklede natur afbildet af NASA / ESA Hubble-rumteleskop. De nye data, som Herschel har fået, indikerer også, at Ant Nebula stråler intense laseremissioner fra dens kerne.
I rummet detekteres infrarøde laseremissioner ved meget forskellige bølgelængder og kun under visse betingelser, og kun nogle få af disse rumlasere er kendt. Interessant nok var det astronom Donald Menzel - der først observerede og klassificerede Ant Nebula i 1920 (derfor er den officielt kendt som Menzel 3 efter ham) - som var en af de første, der antydede, at der kunne forekomme lasere i nebula.
Ifølge Menzel ville der under visse betingelser forekomme naturlig "lysforstærkning ved de stimulerede emissioner af stråling" (også kaldet hvor vi får udtrykket laser fra) i rummet. Dette var længe før opdagelsen af lasere i laboratorier, en lejlighed, der fejres årligt den 16. maj, kendt som UNESCOs internationale lysdag. Som sådan var det meget passende, at denne artikel også blev offentliggjort den 16. maj for at fejre udviklingen af laser og dens opdager, Theodore Maiman.
Som Isabel Aleman, hovedforfatter af et papir, beskrev resultaterne:
”Når vi observerer Menzel 3, ser vi en forbløffende kompliceret struktur, der består af ioniseret gas, men vi kan ikke se, at genstanden i dets centrum producerer dette mønster. Takket være følsomheden og det brede bølgelængdeområde i Herschel-observatoriet opdagede vi en meget sjælden type emission kaldet brintrekombinationslinie-laseremission, som gav en måde at afsløre nebulens struktur og fysiske forhold. ”
”Sådan emission er kun blevet identificeret i en håndfuld genstande før, og det er et lykkeligt tilfældighed, at vi opdagede den slags emission, som Menzel foreslog, i en af de planetariske tåger, som han opdagede,” tilføjede hun.
Den slags laseremission, de observerede, har brug for meget tæt gas tæt på stjernen. Ved at sammenligne observationer fra Herschel-observatoriet med modeller af planetarisk tåge fandt holdet, at tætheden af den gas, der udsender laserne, var omkring ti tusind gange tættere end den gas, der blev set i typiske planetnebler, og i loberne på selve Ant-tåge.
Normalt er regionen tæt på den døde stjerne - i dette tilfælde omtrent afstanden mellem Saturn og solen - ret tom, fordi dens materiale blev skubbet udad, efter at stjernen gik supernova. Enhver dvælende gas falder snart tilbage på den. Men som professor Albert Zijlstra fra Jodrell Bank Center for Astrophysics og en medforfatter til undersøgelsen, udtrykte det:
”Den eneste måde at holde en sådan tæt gas tæt på stjernen er, hvis den kredser rundt om den på en disk. I denne tåge har vi faktisk observeret en tæt disk i selve midten, der ses omtrent kant-on. Denne retning hjælper med at forstærke lasersignalet. Disken antyder, at der er en binær ledsager, fordi det er svært at få den udkastede gas til at gå i bane, medmindre en ledsagerstjerne aflede den i den rigtige retning. Laseren giver os en unik måde at undersøge disken omkring den døende stjerne, dybt inde i den planetariske tåge. ”
Mens astronomer endnu ikke har set den forventede anden stjerne, er de håbefulde for, at fremtidige undersøgelser kan lokalisere den og dermed afsløre oprindelsen af Ant Nebulas mystiske lasere. Dermed vil de være i stand til at forbinde to opdagelser (dvs. planetarisk tåge og laser) foretaget af den samme astronom for over et århundrede siden. Som Göran Pilbratt, ESAs Herschel-projektforsker, tilføjede:
”Denne undersøgelse antyder, at den karakteristiske ant-tåge, som vi ser den i dag, blev skabt af den komplekse natur af et binært stjernesystem, der har indflydelse på formen, de kemiske egenskaber og udviklingen i disse sidste stadier i en stjerners liv. Herschel tilbød de perfekte observationsevner til at detektere denne ekstraordinære laser i Ant Nebula. Resultaterne vil hjælpe med at begrænse betingelserne, under hvilke dette fænomen forekommer, og hjælpe os med at forfine vores modeller for stjernernes udvikling. Det er også en glad konklusion, at Herschel-missionen var i stand til at forbinde Menzels to opdagelser fra næsten et århundrede siden. ”
Den næste generation af rumteleskoper, der kunne fortælle os mere om planetariske tåger, og livscyklussen for stjerner inkluderer James Webb-rumteleskop (JWST). Når dette teleskop tager rummet i 2020, vil det bruge sine avancerede infrarøde kapaciteter til at se objekter, der ellers er skjult af gas og støv. Disse undersøgelser kunne afsløre meget om de indvendige strukturer i tågerne og måske kaste lys over, hvorfor de med jævne mellemrum skyder “rumlæsere” ud.
