Туманность Бумеранг, протопланетная туманность, созданная умирающей красной гигантской звездой (расположенной на расстоянии около 5000 световых лет от Земли), была непреодолимой загадкой для астрономов с 1995 года. Именно в это время, благодаря команде, использующей выведенный из эксплуатации 15-метровый Шведский ESO Submillimetre Telescope (SESTI) в Чили, что эта туманность стала известна как самый холодный объект в известной Вселенной.
И теперь, спустя 20 лет, мы можем знать почему. По словам группы астрономов, которые использовали массив большой миллиметр / субмиллиметр Atacama (ALMA), расположенный в пустыне Атакама в северной части Чили, ответ может заключаться в том, что небольшая спутница-звезда погружается в красного гиганта. Этот процесс мог бы выбросить большую часть вещества более крупной звезды, создав при этом ультрахолодный поток газа и пыли.
Выводы команды появились в документе под названием «Самое холодное место во Вселенной: исследование ультрахолодного оттока и пыльного диска в туманности Бумеранг», которая недавно появилась в Астрофизический Журнал, Под руководством Рагвендры Сахай, астронома Лаборатории реактивного движения НАСА, они утверждают, что быстрое расширение этого газа привело к тому, что он стал настолько холодным.
Первоначально обнаруженная группой астрономов в 1980 году с помощью англо-австралийского телескопа в обсерватории Сайдинг-Спринг, тайна этой туманности стала очевидной, когда астрономы заметили, что она, похоже, поглощает свет Космического микроволнового фона (CMB). Это фоновое излучение, являющееся остатком энергии Большого взрыва, обеспечивает естественную фоновую температуру пространства - 2,725 К (–270,4 ° С; -454,7 ° F).
Чтобы туманность Бумеранг поглощала это излучение, она должна быть еще холоднее, чем CMB. Последующие наблюдения показали, что это действительно так, поскольку туманность имеет температуру менее половины градуса К (-272,5 ° C; -458,5 ° F). Причина этого, согласно недавнему исследованию, связана с газовым облаком, которое простирается от центральной звезды на расстояние 21 000 а.е. (в 21 тысячу раз больше расстояния между Землей и Солнцем).
Газовое облако, являющееся результатом струи, которая запускается центральной звездой, расширяется со скоростью, которая примерно в 10 раз быстрее, чем то, что могла бы произвести одна звезда самостоятельно. После проведения измерений с ALMA, которые выявили области оттока, которые ранее никогда не были видны (на расстоянии около 120 000 AU), команда пришла к выводу, что именно это приводит температуры к уровням ниже уровня фонового излучения
Они также утверждают, что это было результатом того, что центральная звезда столкнулась с двойным спутником в прошлом, и даже смогли сделать вывод, что было первичным, прежде чем это произошло. Они утверждают, что первичной была Красная Гигантская Ветвь (RGB) или звезда раннего RGB - то есть звезда в последней фазе своего жизненного цикла - расширение которой вызвало притяжение ее двойного спутника под действием силы тяжести.
Звезда-компаньон в конечном итоге слилась бы со своим ядром, что привело к началу оттока газа. Как объяснил Рагвендра Сахай в пресс-релизе NRAO:
«Эти новые данные показывают нам, что большая часть звездной оболочки массивной красной гигантской звезды вылетела в космос на скоростях, намного превосходящих возможности одной красной гигантской звезды. Единственный способ выбросить такую массу и на таких экстремальных скоростях - это гравитационная энергия двух взаимодействующих звезд, что объясняет удивительные свойства ультрахолодного оттока ».
Эти выводы стали возможными благодаря способности ALMA точно измерять протяженность, возраст, массу и кинетическую энергию туманности. Кроме того, в дополнение к измерению скорости оттока, они пришли к выводу, что это имеет место в течение примерно 1050 до 1925 лет. Результаты также показывают, что дни туманности Бумеранг как самого холодного объекта в известной Вселенной могут быть сочтены.
Ожидая, что красная гигантская звезда в центре, как ожидается, продолжит процесс превращения в планетарную туманность, где звезды теряют свои внешние слои, образуя расширяющуюся газовую оболочку. В связи с этим ожидается, что она сжимается и нагревается, что согреет туманность вокруг нее и сделает ее ярче.
Как сказал Ларс-Оке Найман, астроном Объединенной обсерватории ALMA в Сантьяго, Чили, и соавтор статьи:
«Мы видим этот замечательный объект в очень особенный, очень недолгий период его жизни. Возможно, эти супер-космические морозильники довольно распространены во вселенной, но они могут поддерживать такие экстремальные температуры только в течение относительно короткого времени ».
Эти находки могут также дать новое понимание другой космологической загадки, как ведут себя гигантские звезды и их спутники. Когда более крупная звезда в этих системах существует в фазе главной последовательности, она может поглотить своего меньшего спутника и аналогичным образом стать «космическим морозильником». В этом ценность таких объектов, как туманность Бумеранг, которая бросает вызов общепринятым представлениям о взаимодействии двойных систем.
Это также демонстрирует ценность инструментов следующего поколения, таких как ALMA. Учитывая их превосходные оптические возможности и способность получать больше информации с высоким разрешением, они могут показать нам некоторые никогда ранее не виданные вещи о нашей Вселенной, которые могут только бросить вызов нашим предвзятым представлениям о том, что возможно там.
