Το πραγματικό σχήμα του «ψυχρότερου αντικειμένου στο Σύμπαν», ALMA Views the Coldest Place in the Universe: The Boomerang Nebula

Οι νέες παρατηρήσεις εμφανίζονται με κόκκινο χρώμα, ενώ οι παρατηρήσεις του Hubble στο ορατό φως εμφανίζονται μπλε. The Boomerang Nebula, called the “coldest place in the Universe,” reveals its true shape with ALMA. The background blue structure, as seen in visible light with the Hubble Space Telescope, shows a classic double-lobe shape with a very narrow central region. ALMA’s resolution and ability to see the cold molecular gas reveals the nebula’s more elongated shape, as seen in red. Credit: Bill Saxton; NRAO/AUI/NSF; NASA/Hubble; Raghvendra Sahai

Κανένα γνωστό αντικείμενο στο Σύμπαν δεν είναι ψυχρότερο από το Νεφέλωμα Μπούμερανγκ, ένα σύννεφο αερίου και σκόνης που περιβάλλει ένα ετοιμοθάνατο άστρο σε απόσταση 5.000 ετών φωτός, στην κατεύθυνση του αστερισμού του Κενταύρου. Το ισχυρότερο ραδιοτηλεσκόπιο του κόσμου αποκαλύπτει τώρα το πραγματικό σχήμα αυτού του παγωμένου αξιοπερίεργου, πριν αρχίσει τελικά να θερμαίνεται.

Προηγούμενες παρατηρήσεις είχαν αποκαλύψει ότι το νεφέλωμα έχει θερμοκρασία μόλις έναν βαθμό Κελσίου πάνω από το απόλυτο μηδέν, το οποίο έχει υπολογιστεί στους -273,15 βαθμοί Κελσίου, ή 0 βαθμούς Κέλβιν.

Το Μπούμεραγκ είναι μάλιστα ψυχρότερο και από το διαγαλαξιακό κενό, στο οποίο διακρίνεται ακόμα και σήμερα το απόφωτο της Μεγάλης Έκρηξης, γνωστό και ως κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Το υπόβαθρο αυτό έχει μια πολύ ομοιόμορφη θερμοκρασία 2,8 βαθμών Κέλβιν, ή -270,35 βαθμούς Κελσίου.

The Boomerang Nebula in Polarized Light. Credit: Hubble Heritage Team, J. Biretta (STScI) et al., (STScI/AURA), ESA, NASA

Όπως όλα τα πλανητικά νεφελώματα, το Μπούμεραγκ σχηματίζεται από υλικά που εκτινάσσει ένα άστρο σαν τον Ήλιο καθώς ετοιμάζεται να πεθάνει και να μετατραπεί τελικά σε λευκό νάνο. Πίδακες υλικού που αναβλύζουν από τους πόλους του άστρου σχηματίζουν συχνά δύο αντιδιαμετρικές φούσκες, δίνοντας στο νεφέλωμα τη σιλουέτα μιας κλεψύδρας.

Η εκτίναξη του αστρικού υλικού με μεγάλες ταχύτητες είναι ο παράγοντας που καταψύχει το νέφος. Το υλικό είναι θερμό όταν εκτινάσσεται, στη συνέχεια όμως διογκώνεται απότομα και η θερμοκρασία του πέφτει. Όπως εξηγούν οι ερευνητές της νέας μελέτης, το φαινόμενο είναι παρόμοιο με τον τρόπο που τα ψυγεία ρίχνουν τη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας αέρια που διογκώνονται απότομα.

Μέχρι σήμερα, τα καλύτερα πορτρέτα του Μπούμερανγκ προέρχονταν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, το οποίο βλέπει στο ορατό φως. «Όταν οι αστρονόμοι εξέτασαν αυτό το αντικείμενο το 2003 με το Hubble, είδαν το κλασικό σχήμα κλεψύδρας» αναφέρει ο Ραγκβέντρα Σάχαι του Εργαστηρίου Αεριώθησης (JPL) της NASA, πρώτος συγγραφέας της νέας δημοσίευσης.

Η ολοκαίνουργια συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων ALMA στη Χιλή συμπληρώνει την εικόνα, προσφέροντας παρατηρήσεις σε ακτινοβολία μήκους κύματος μερικών χιλιοστών, η οποία αντιστοιχεί σε πιο ψυχρά υλικά από αυτά που βλέπει το Hubble.

Οι νέες παρατηρήσεις δείχνουν ότι το ετοιμοθάνατο άστρο περιβάλλεται από ένα πυκνό πέπλο σκόνης με σωματίδια διαμέτρου μερικών χιλιοστών. Το πέπλο αυτό εμποδίζει ένα μέρος του ορατού φωτός και κάνει έτσι τη «μέση» της κλεψύδρας να φαίνεται πιο στενή.

Στην εικόνα του ALMA, το ψυχρό αέριο και η σκόνη που περιβάλλει το νεφέλωμα εμφανίζονται με κόκκινο χρώμα. Στο πάνω μέρος του σχηματισμού διακρίνεται μια τρύπα, η οποία αντιστοιχεί στο σημείο όπου ο πίδακας που εκτινάσσεται από τον ένα πόλο του άστρου συναντά το εξωτερικό στρώμα αερίου.

Οι νέες παρατηρήσεις, επίσης, προσφέρουν ενδείξεις ότι το Μπούμερανγκ θα χάσει κάποια στιγμή το ρεκόρ χαμηλότερης θερμοκρασίας. Τα εξωτερικά του στρώματα φαίνεται ότι έχουν αρχίσει να θερμαίνονται, αν και παραμένουν πιο κρύα από την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου.

Η θέρμανση, εκτιμούν οι ερευνητές, πιθανώς οφείλεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο -ένα φαινόμενο που πρότεινε πρώτος ο Άινσταϊν και αφορά την εκπομπή ηλεκτρονίων από στερεά υλικά όταν απορροφούν φωτόνια. Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση The Astrophysical Journal.