La Nebulosa Boomerang, una nebulosa proto-planetaria creata da una stella gigante rossa morente (situata a circa 5000 anni luce dalla Terra), è stata un mistero avvincente per gli astronomi dal 1995. Fu in questo momento, grazie a un team che utilizzava il ora dismesso il telescopio submillimetrico svedese-ESO di 15 metri (SESTI) in Cile, che questa nebulosa divenne nota come l'oggetto più freddo dell'universo conosciuto.
E ora, oltre 20 anni dopo, possiamo sapere perché. Secondo un team di astronomi che hanno usato l'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) - situata nel deserto di Atacama nel nord del Cile - la risposta potrebbe coinvolgere una piccola stella compagna che si tuffa nel gigante rosso. Questo processo avrebbe potuto espellere la maggior parte della materia della stella più grande, creando un deflusso ultra-freddo di gas e polvere nel processo.
Le scoperte del team sono apparse in un documento intitolato "The Coldest Place in the Universe: Probing the Ultra-cold Outflow and Dusty Disk in the Neomerula Boomerang", che è apparso recentemente nella Diario astrofisico. Guidati da Raghvendra Sahai, astronomo del Jet Propulsion Laboratory della NASA, sostengono che la rapida espansione di questo gas è ciò che lo ha reso così freddo.
Scoperto originariamente nel 1980 da un team di astronomi che utilizzavano il telescopio anglo-australiano presso l'Osservatorio Siding Spring, il mistero di questa nebulosa divenne evidente quando gli astronomi notarono che sembrava assorbire la luce del Cosmic Microwave Background (CMB). Questa radiazione di fondo, che è l'energia residua del Big Bang, fornisce la temperatura di fondo naturale dello spazio - 2,725 K (–270,4 ° C; -454,7 ° F).
Perché la Nebulosa Boomerang assorbisse quella radiazione, doveva essere ancora più fredda della CMB. Osservazioni successive hanno rivelato che questo era in realtà il caso, poiché la nebulosa ha una temperatura inferiore a mezzo grado K (-272,5 ° C; -458,5 ° F). La ragione di ciò, secondo il recente studio, ha a che fare con la nuvola di gas che si estende dalla stella centrale ad una distanza di 21.000 UA (21 mila volte la distanza tra Terra e Sole).
La nuvola di gas - che è il risultato di un getto che viene lanciato dalla stella centrale - si sta espandendo ad una velocità circa 10 volte più veloce di quella che una singola stella potrebbe produrre da sola. Dopo aver condotto misurazioni con ALMA che hanno rivelato regioni del deflusso mai viste prima (fino a una distanza di circa 120.000 UA), il team ha concluso che questo è ciò che sta spingendo le temperature a livelli inferiori a quelli delle radiazioni di fondo
Sostengono inoltre che questo era il risultato della collisione della stella centrale con un compagno binario in passato, e sono stati persino in grado di dedurre com'era il primario prima che ciò avvenisse. Il primario, sostengono, era una stella Red Giant Branch (RGB) o Early RGB - cioè una stella nella fase finale del suo ciclo di vita - la cui espansione ha causato il suo compagno binario attirato dalla sua gravità.
La stella compagna alla fine si sarebbe fusa con il suo nucleo, causando l'inizio del deflusso di gas. Come ha spiegato Raghvendra Sahai in un comunicato stampa dell'NRAO:
“Questi nuovi dati ci mostrano che la maggior parte dell'inviluppo stellare della massiccia stella gigante rossa è stata fatta esplodere nello spazio a velocità ben superiori alle capacità di una singola stella gigante rossa. L'unico modo per espellere così tanta massa e a velocità così estreme è dall'energia gravitazionale di due stelle interagenti, il che spiegherebbe le proprietà sconcertanti del deflusso ultra-freddo. "
Questi risultati sono stati resi possibili grazie alla capacità dell'ALMA di fornire misurazioni precise sull'estensione, l'età, la massa e l'energia cinetica della nebulosa. Inoltre, oltre a misurare il tasso di deflusso, hanno raccolto che ha avuto luogo per circa 1050-1925 anni. I risultati indicano anche che i giorni della Nebulosa Boomerang come oggetto più freddo nell'Universo conosciuto possono essere contati.
Guardando al futuro, si prevede che la stella gigante rossa al centro continuerà il processo per diventare una nebulosa planetaria - in cui le stelle liberano i loro strati esterni per formare un guscio di gas in espansione. A questo proposito, si prevede che si riduca e diventi più caldo, il che riscalda la nebulosa attorno e la rende più luminosa.
Come ha affermato Lars-Åke Nyman, astronomo dell'Osservatorio congiunto ALMA di Santiago, in Cile, e coautore del documento:
“Vediamo questo straordinario oggetto in un periodo molto speciale e di breve durata della sua vita. È possibile che questi congelatori super cosmici siano abbastanza comuni nell'universo, ma possono mantenere temperature così estreme solo per un tempo relativamente breve. "
Questi risultati potrebbero anche fornire nuove intuizioni su un altro mistero cosmologico, che è il comportamento delle stelle giganti e dei loro compagni. Quando la stella più grande in questi sistemi esiste la sua fase di sequenza principale, può consumare il suo compagno più piccolo e allo stesso modo diventare un "congelatore cosmico". Qui sta il valore di oggetti come la Nebulosa Boomerang, che sfida le idee convenzionali sulle interazioni dei sistemi binari.
Dimostra anche il valore di strumenti di prossima generazione come ALMA. Date le loro capacità ottiche superiori e la capacità di ottenere maggiori informazioni ad alta risoluzione, possono mostrarci alcune cose inedite sul nostro Universo, che possono solo sfidare le nostre nozioni preconcette di ciò che è possibile là fuori.
