Wir wissen endlich, warum der Bumerang-Nebel kälter ist als der Weltraum

Der Bumerang-Nebel, ein protoplanetarischer Nebel, der von einem sterbenden roten Riesenstern (etwa 5000 Lichtjahre von der Erde entfernt) erschaffen wurde, ist seit 1995 ein zwingendes Rätsel für Astronomen Das inzwischen stillgelegte 15-Meter-Submillimeter-Teleskop (SESTI) der schwedischen ESO 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, die das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in der Atacama-Wüste im Norden Chiles verwendet haben, könnte die Antwort darin bestehen, dass ein kleiner Begleitstern in den roten Riesen eintaucht. Dieser Prozess hätte den größten Teil der Materie des größeren Sterns ausstoßen und dabei einen ultrakalten Abfluss von Gas und Staub erzeugen können.

Die Ergebnisse des Teams wurden in einem Artikel mit dem Titel "Der kälteste Ort im Universum: Untersuchung des ultrakalten Abflusses und der staubigen Scheibe im Bumerang-Nebel" veröffentlicht, der kürzlich im Astrophysikalisches Journal. Unter der Leitung von Raghvendra Sahai, einem Astronomen am Jet Propulsion Laboratory der NASA, argumentieren sie, dass die rasche Expansion dieses Gases dazu geführt hat, dass es so kalt geworden ist.

Ursprünglich 1980 von einem Team von Astronomen entdeckt, die das anglo-australische Teleskop am Siding Spring Observatory verwendeten, wurde das Geheimnis dieses Nebels deutlich, als Astronomen feststellten, dass er das Licht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) zu absorbieren schien. Diese Hintergrundstrahlung, die die vom Urknall übrig gebliebene Energie ist, liefert die natürliche Hintergrundtemperatur des Weltraums – 2,725 K (–270,4 ° C; -454,7 ° F).

Damit der Bumerang-Nebel diese Strahlung absorbieren konnte, musste er noch kälter sein als der CMB. Nachfolgende 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 liegt laut der jüngsten Studie in der Gaswolke, die sich vom Zentralstern bis zu einer Entfernung von 21.000 AE (21.000-fache Entfernung zwischen Erde und Sonne) erstreckt.

Die Gaswolke – das Ergebnis eines Strahls, der vom Zentralstern abgefeuert wird – dehnt sich mit einer Geschwindigkeit aus, die etwa zehnmal schneller ist als die, die ein einzelner Stern allein erzeugen könnte. Nach Messungen mit ALMA, die Bereiche des Abflusses enthüllten, die noch nie zuvor gesehen wurden (bis zu einer Entfernung von etwa 120.000 AUs), kam das Team zu dem Schluss, dass dies die Temperaturen auf ein Niveau treibt, das unter dem der Hintergrundstrahlung liegt

Sie argumentieren weiter, dass dies das Ergebnis der Kollision des Zentralsterns mit einem binären Begleiter in der Vergangenheit war und sogar ableiten konnte, wie der Primärstern war, bevor dies geschah. Sie behaupten, der primäre Stern sei ein Red Giant Branch (RGB) oder ein früher RGB-Stern – d. H. Ein Stern in der letzten Phase seines Lebenszyklus -, dessen Expansion dazu führte, dass sein binärer Begleiter durch seine Schwerkraft angezogen wurde.

Der Begleitstern wäre schließlich mit seinem Kern verschmolzen, wodurch der Gasabfluss begann. Wie Raghvendra Sahai in einer NRAO-Pressemitteilung erklärte:

„Diese neuen Daten zeigen uns, dass der größte Teil der Sternhülle des massiven roten Riesensterns mit Geschwindigkeiten in den Weltraum gesprengt wurde, die weit über die Fähigkeiten eines einzelnen roten Riesensterns hinausgehen. Der einzige Weg, so viel Masse und mit solch extremen Geschwindigkeiten auszuwerfen, ist die Gravitationsenergie zweier wechselwirkender Sterne, was die rätselhaften Eigenschaften des ultrakalten Abflusses erklären würde. “

Möglich wurden diese Ergebnisse durch die Fähigkeit der ALMA, präzise Messungen zu Ausmaß, Alter, Masse und kinetischer Energie des Nebels durchzuführen. Zusätzlich zur Messung der Abflussrate stellten sie fest, dass diese seit etwa 1050 bis 1925 Jahren stattfindet. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Tage des Bumerang-Nebels als kältestes Objekt im bekannten Universum gezählt werden können.

Mit Blick auf die Zukunft wird erwartet, dass der rote Riesenstern in der Mitte den Prozess fortsetzt, ein planetarischer Nebel zu werden – wo Sterne ihre äußeren Schichten abwerfen, um eine expandierende Gasschale zu bilden. In dieser Hinsicht wird erwartet, dass es schrumpft und heißer wird, was den Nebel um ihn herum erwärmt und ihn heller macht.

Wie Lars-Åke Nyman, Astronom am Joint ALMA Observatory in Santiago, Chile, und Mitautor des Papiers, sagte:

„Wir sehen dieses bemerkenswerte Objekt in einer ganz besonderen, sehr kurzlebigen Phase seines Lebens. Es ist möglich, dass diese superkosmischen Gefriergeräte im Universum weit verbreitet sind, aber sie können solche extremen Temperaturen nur für relativ kurze Zeit aufrechterhalten. "

Diese Erkenntnisse könnten auch neue Einblicke in ein anderes kosmologisches Rätsel liefern, nämlich das Verhalten von Riesensternen und ihren Gefährten. Wenn der größere Stern in diesen Systemen in seiner Hauptsequenzphase existiert, kann er seinen kleineren Begleiter verbrauchen und in ähnlicher Weise zu einem „kosmischen Gefrierschrank“ werden. Hierin liegt der Wert von Objekten wie dem Bumerang-Nebel, der konventionelle Vorstellungen über die Wechselwirkungen von binären Systemen in Frage stellt.

Es zeigt auch den Wert von Instrumenten der nächsten Generation wie ALMA. Aufgrund ihrer überlegenen optischen Fähigkeiten und der Fähigkeit, höher auflösende Informationen zu erhalten, können sie uns einige nie zuvor gesehene Dinge über unser Universum zeigen, die nur unsere vorgefassten Vorstellungen von dem, was da draußen möglich ist, in Frage stellen können.

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