Die Bumerangnebel , ein protoplanetarer Nebel, der von einem sterbenden Roten Riesenstern (etwa 5000 Lichtjahre von der Erde entfernt) erzeugt wurde, ist seit 1995 für Astronomen ein faszinierendes Rätsel. Zu dieser Zeit war es einem Team zu verdanken, das den inzwischen außer Betrieb genommenen 15 Meter Schwedisch-ESO Submillimeter-Teleskop (SESTI) in Chile, dass dieser Nebel als das kälteste Objekt im bekannten Universum bekannt wurde.
Und jetzt, über 20 Jahre später, wissen wir vielleicht warum. Laut einem Team von Astronomen, das die Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) – befindet sich in der Atacama-Wüste im Norden Chiles – die Antwort könnte darin bestehen, dass ein kleiner Begleitstern in den Roten Riesen eintaucht. Dieser Prozess könnte den größten Teil der Materie des größeren Sterns ausgestoßen haben und dabei einen ultrakalten Ausfluss von Gas und Staub erzeugen.
Die Ergebnisse des Teams erschienen in einem Papier mit dem Titel „ Der kälteste Ort im Universum: Erforschung des ultrakalten Ausflusses und der staubigen Scheibe im Bumerangnebel “, die vor kurzem in derAstrophysikalisches Journal. Unter der Leitung von Raghvendra Sahai, einem Astronomen am Jet Propulsion Laboratory der NASA, argumentieren sie, dass die schnelle Expansion dieses Gases dazu geführt hat, dass es so kalt wurde.
Zusammengesetztes Bild des Boomerang-Nebels mit ALMA-Beobachtungen (orange), die den sanduhrförmigen Ausfluss über einem Bild des Hubble-Weltraumteleskops (blau) zeigen. Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble; NRAO/AUI/NSF
Ursprünglich im Jahr 1980 von einem Team von Astronomen entdeckt, die die Anglo-Australisches Teleskop Bei der Siding Spring Observatory , wurde das Geheimnis dieses Nebels offensichtlich, als Astronomen feststellten, dass er das Licht des zu absorbieren schien Kosmischer Mikrowellen-Hintergrund (CMB). Diese Hintergrundstrahlung, die vom Urknall übrig gebliebene Energie, liefert die natürliche Hintergrundtemperatur des Weltraums – 2,725 K (–270,4 °C; -454,7 °F).
Damit der Boomerangnebel diese Strahlung absorbieren konnte, musste er noch kälter sein als der CMB. Spätere Beobachtungen zeigten, dass dies tatsächlich der Fall war, da der Nebel eine Temperatur von weniger als einem halben Grad K (-272,5 °C; -458,5 °F) hat. Der Grund dafür, so die aktuelle Studie, hat mit der Gaswolke zu tun, die sich vom Zentralstern bis in eine Entfernung von 21.000 AE (21.000 mal der Abstand zwischen Erde und Sonne) erstreckt.
Die Gaswolke – das Ergebnis eines Jets, der vom Zentralstern abgefeuert wird – expandiert etwa zehnmal schneller als ein einzelner Stern allein produzieren könnte. Nach Messungen mit ALMA, die nie zuvor gesehene Bereiche des Abflusses (bis zu einer Entfernung von etwa 120.000 AE) aufdeckten, kam das Team zu dem Schluss, dass dies die Temperaturen auf ein Niveau unter dem der Hintergrundstrahlung treibt
Sie argumentieren weiter, dass dies das Ergebnis der Kollision des Zentralsterns mit einem binären Begleiter in der Vergangenheit war, und konnten sogar ableiten, wie der Primärstern aussah, bevor dies stattfand. Der Primärstern sei ein Red Giant Branch (RGB) oder Early-RGB-Stern gewesen – d. h. ein Stern in der letzten Phase seines Lebenszyklus –, dessen Expansion dazu führte, dass sein binärer Begleiter durch seine Schwerkraft angezogen wurde.
ALMA-Bild des Boomerang-Nebels, das seinen massiven Abfluss zeigtBildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), R. Sahai
Der Begleitstern wäre schließlich mit seinem Kern verschmolzen, wodurch der Gasausfluss begann. Wie Raghvendra Sahai in a . erklärte Pressemitteilung der NRAO :
„Diese neuen Daten zeigen uns, dass der größte Teil der stellaren Hülle des massereichen Roten Riesensterns mit Geschwindigkeiten in den Weltraum gesprengt wurde, die weit über die Fähigkeiten eines einzelnen Roten Riesensterns hinausgehen. Die einzige Möglichkeit, so viel Masse und mit solch extremen Geschwindigkeiten auszustoßen, ist die Gravitationsenergie zweier wechselwirkender Sterne, die die rätselhaften Eigenschaften des ultrakalten Ausflusses erklären würde.“
Möglich wurden diese Erkenntnisse durch die Fähigkeit des ALMA, genaue Messungen zu Ausdehnung, Alter, Masse und kinetischer Energie des Nebels zu liefern. Zusätzlich zur Messung der Abflussrate stellten sie fest, dass diese seit etwa 1050 bis 1925 Jahren stattfindet. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass die Tage des Boomerang-Nebels als kältestes Objekt im bekannten Universum gezählt sein könnten.
Mit Blick auf die Zukunft wird erwartet, dass der Rote Riesenstern in der Mitte den Prozess der Entwicklung zu einem planetarischen Nebel fortsetzt – in dem Sterne ihre äußeren Schichten abwerfen, um eine expandierende Gashülle zu bilden. In dieser Hinsicht wird erwartet, dass er schrumpft und heißer wird, wodurch der Nebel um ihn herum erwärmt und heller wird.
Als Lars-Åke Nyman, Astronom am Joint ALMA Observatory in Santiago, Chile, und Co-Autor des Papiers, genannt :
„Wir sehen dieses bemerkenswerte Objekt in einer ganz besonderen, sehr kurzlebigen Zeit seines Lebens. Es ist möglich, dass diese superkosmischen Gefrierschränke im Universum weit verbreitet sind, aber diese extremen Temperaturen können sie nur für relativ kurze Zeit aufrechterhalten.“
Diese Erkenntnisse könnten auch neue Einblicke in ein weiteres kosmologisches Mysterium liefern, nämlich wie sich Riesensterne und ihre Gefährten verhalten. Wenn der größere Stern in diesen Systemen seine Hauptsequenzphase existiert, kann er seinen kleineren Begleiter verzehren und in ähnlicher Weise zu einem „kosmischen Gefrierschrank“ werden. Hierin liegt der Wert von Objekten wie dem Boomerang-Nebel, der konventionelle Vorstellungen über die Wechselwirkungen binärer Systeme in Frage stellt.
Es zeigt auch den Wert von Instrumenten der nächsten Generation wie ALMA. Angesichts ihrer überlegenen optischen Fähigkeiten und der Fähigkeit, mehr hochauflösende Informationen zu erhalten, können sie uns einige noch nie dagewesene Dinge über unser Universum zeigen, die unsere vorgefassten Vorstellungen von dem, was da draußen möglich ist, nur in Frage stellen können.
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