Boomerang Nebula, en proto-planetär nebula som skapades av en döende röd jättestjärna (belägen omkring 5000 ljusår från jorden), har varit ett övertygande mysterium för astronomer sedan 1995. Det var vid denna tid, tack vare ett team som använde nu avvecklade 15-meter svenska-ESO Submillimetre Telescope (SESTI) i Chile, att denna nebula blev känd som det kallaste föremålet i det kända universum.
Och nu, över 20 år senare, kanske vi vet varför. Enligt ett team av astronomer som använde Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) - beläget i Atacama-öknen i norra Chile - kan svaret innebära att en liten följeslagare stjärnar i den röda jätten. Den här processen kunde ha kastat ut det mesta av den större stjärnmaterialet och skapat ett ultrakallt utflöde av gas och damm i processen.
Teamets resultat dök upp i ett papper med titeln "The Coldest Place in the Universe: Probing the Ultra-Cold Outflow and Dusty Disk in the Boomerang Nebula", som nyligen dök upp i Astrophysical Journal. Ledd av Raghvendra Sahai, en astronom vid NASA: s Jet Propulsion Laboratory, hävdar de att den snabba expansionen av denna gas är det som har fått den att bli så kall.
Ursprungligen upptäcktes 1980 av ett team av astronomer som använde det anglo-australiska teleskopet vid Siding Spring Observatory. Mystiken i denna nebula blev uppenbar när astronomer konstaterade att det verkade absorbera ljuset från den kosmiska mikrovågsugnbakgrunden (CMB). Denna bakgrundsstrålning, som är den energi som finns kvar från Big Bang, ger den naturliga bakgrundstemperaturen i rymden - 2,725 K (–270,4 ° C; -454,7 ° F).
För att Boomerang Nebula skulle absorbera den strålningen, måste den vara ännu kallare än CMB. Efterföljande observationer avslöjade att detta faktiskt var fallet, eftersom nebulan har en temperatur på mindre än en halv grad K (-272,5 ° C; -458,5 ° F). Anledningen till detta, enligt den senaste studien, har att göra med gasmoln som sträcker sig från den centrala stjärnan till ett avstånd av 21 000 AU (21 tusen gånger avståndet mellan Jorden och solen).
Gasmolnet - som är resultatet av en jet som skjutas av den centrala stjärnan - expanderar med en hastighet som är ungefär tio gånger snabbare än vad en enda stjärna kunde producera på egen hand. Efter att ha genomfört mätningar med ALMA som avslöjade regioner av utflödet som aldrig tidigare sågs (på ett avstånd av cirka 120 000 AU), drog teamet slutsatsen att det är detta som driver temperaturerna till nivåer lägre än bakgrundsstrålningen
De hävdar vidare att detta var resultatet av att den centrala stjärnan hade kolliderat med en binär följeslagare i det förflutna, och till och med kunde dra nytta av det primära var innan detta ägde rum. Den primära, hävdar de, var en Red Giant Branch (RGB) eller en tidig RGB-stjärna - dvs en stjärna i den sista fasen av sin livscykel - vars expansion fick sin binära följeslagare att dras in av sin allvar.
Den följeslagna stjärnan skulle så småningom ha gått samman med sin kärna, vilket fick utflödet av gas att börja. Som Raghvendra Sahai förklarade i ett pressmeddelande från NRAO:
"Dessa nya data visar att de flesta av det stellära kuvertet från den massiva röda jättestjärnan har sprängts ut i rymden med hastigheter långt bortom kapaciteten för en enda, röd jätte- stjärna. Det enda sättet att mata ut så mycket massa och i så extrema hastigheter är från tyngdkraften från två samverkande stjärnor, vilket skulle förklara de förbryllande egenskaperna hos det ultrakalla utflödet. ”
Dessa fynd gjordes möjliga tack vare ALMA: s förmåga att tillhandahålla exakta mätningar på nebulans omfattning, ålder, massa och kinetisk energi. Förutom att mäta utflödeshastigheten samlade de att det har ägt rum i cirka 1050 till 1925 år. Resultaten indikerar också att Boomerang Nebulas dagar som det kallaste föremålet i det kända universum kan vara numrerade.
När vi ser fram emot förväntas den röda jättestjärnan i mitten fortsätta processen att bli en planetnebulosa - där stjärnor kasta sina yttre lager för att bilda ett expanderande gasskal. I detta avseende förväntas det krympa och bli varmare, vilket kommer att värma upp nebulosan runt den och göra den ljusare.
Som Lars-Åke Nyman, en astronom vid Joint ALMA Observatory i Santiago, Chile, och medförfattare på papperet, sa:
”Vi ser detta anmärkningsvärda föremål på en mycket speciell, mycket kortlivad period av sitt liv. Det är möjligt att dessa superkosmiska frysar är ganska vanliga i universum, men de kan bara upprätthålla sådana extrema temperaturer under en relativt kort tid. "
Dessa fynd kan också ge nya insikter i ett annat kosmologiskt mysterium, vilket är hur jätte stjärnor och deras kamrater uppför sig. När den större stjärnan i dessa system existerar sin huvudsekvensfas, kan den konsumera sin mindre följeslagare och på liknande sätt bli en "kosmisk frys". Här ligger värdet på objekt som Boomerang Nebula, som utmanar konventionella idéer om interaktioner mellan binära system.
Det visar också värdet av nästa generations instrument som ALMA. Med tanke på deras överlägsna optiska förmågor och förmåga att få mer högupplöst information, kan de visa oss några aldrig tidigare sett saker om vårt universum, som bara kan utmana våra förutfattade uppfattningar om vad som är möjligt där ute.
