Quando le stelle di peso medio-basso come il nostro Sole si avvicinano alla fine dei loro cicli di vita, alla fine si staccano dai loro strati esterni, lasciandosi dietro una densa stella bianca nana. Questi strati esterni sono diventati un'enorme nuvola di polvere e gas, che è caratterizzata da colori vivaci e intricati schemi, noti come una nebulosa planetaria. Un giorno, il nostro Sole si trasformerà in una tale nebulosa, che potrebbe essere vista da anni luce di distanza.
Questo processo, in cui una stella morente genera un'enorme nuvola di polvere, era già noto per essere incredibilmente bello e stimolante grazie a molte immagini scattate da Hubble. Tuttavia, dopo aver visto la famosa Nebulosa Ant con l'Agenzia spaziale europea (ESA) Osservatorio spaziale di Herschel, un team di astronomi ha scoperto un'emissione laser insolita che suggerisce che al centro della nebulosa esiste un sistema a doppia stella.
Lo studio, intitolato "Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): linee laser di ricombinazione dell'idrogeno in Mz 3 “, recentemente apparso nel Avvisi mensili della Royal Astronomical Society. Lo studio è stato condotto da Isabel Aleman dell'Università di San Paolo e dall'Osservatorio di Leida e comprendeva membri dell'Herschel Science Center, dello Smithsonian Astrophysical Observatory, dell'Istituto di Astronomia e Astrofisica, e di diverse università.
La Nebulosa Formica (aka Mz 3) è una giovane nebulosa planetaria bipolare situata nella costellazione della Norma e prende il nome dai lobi gemelli di gas e polvere che ricordano la testa e il corpo di una formica. In passato, la natura bella e intricata di questa nebulosa è stata ripresa dalla NASA / ESA Telescopio spaziale Hubble. I nuovi dati ottenuti da Herschel indicano anche che la Nebulosa Ant irradia intense emissioni laser dal suo nucleo.
Nello spazio, le emissioni laser a infrarossi vengono rilevate a lunghezze d'onda molto diverse e solo in determinate condizioni, e solo alcuni di questi laser spaziali sono noti. È interessante notare che fu l'astronomo Donald Menzel - che per primo osservò e classificò la Nebulosa Ant nel 1920 (quindi perché è ufficialmente noto come Menzel 3 dopo di lui) - fu uno dei primi a suggerire che i laser potrebbero verificarsi nella nebulosa.
Secondo Menzel, in determinate condizioni si verificherebbe nello spazio "l'amplificazione della luce da parte delle emissioni stimolate di radiazioni" (ovvero da dove otteniamo il termine laser). Questo era molto prima della scoperta dei laser nei laboratori, un'occasione che si celebra ogni anno il 16 maggio, conosciuta come la Giornata internazionale della luce dell'UNESCO. Pertanto, è stato molto appropriato che questo articolo sia stato pubblicato anche il 16 maggio, in occasione dello sviluppo del laser e del suo scopritore, Theodore Maiman.
Come Isabel Aleman, l'autore principale di un documento, ha descritto i risultati:
“Quando osserviamo Menzel 3, vediamo una struttura incredibilmente intricata fatta di gas ionizzato, ma non possiamo vedere l'oggetto al suo centro produrre questo schema. Grazie alla sensibilità e all'ampia gamma di lunghezze d'onda dell'osservatorio di Herschel, abbiamo rilevato un tipo molto raro di emissione chiamato emissione laser della linea di ricombinazione dell'idrogeno, che ha fornito un modo per rivelare la struttura e le condizioni fisiche della nebulosa ".
"Tale emissione è stata identificata solo in una manciata di oggetti prima ed è una felice coincidenza che abbiamo rilevato il tipo di emissione suggerita da Menzel, in una delle nebulose planetarie che ha scoperto", ha aggiunto.
Il tipo di emissione laser che hanno osservato richiede un gas molto denso vicino alla stella. Confrontando le osservazioni dell'osservatorio di Herschel con i modelli della nebulosa planetaria, il team ha scoperto che la densità del gas che emette i laser era circa diecimila volte più densa del gas visto nelle nebulose planetarie tipiche e nei lobi della stessa nebulosa.
Normalmente, la regione vicino alla stella morta - in questo caso, approssimativamente la distanza tra Saturno e il Sole - è piuttosto vuota perché il suo materiale è stato espulso verso l'esterno dopo che la stella è diventata supernova. Qualsiasi gas persistente sarebbe presto ricaduto su di esso. Ma come ha affermato il professor Albert Zijlstra, del Jodrell Bank Center for Astrophysics e coautore dello studio:
“L'unico modo per mantenere un gas così denso vicino alla stella è se sta orbitando attorno ad esso in un disco. In questa nebulosa, abbiamo effettivamente osservato un disco denso nel centro che si vede approssimativamente al margine. Questo orientamento aiuta ad amplificare il segnale laser. Il disco suggerisce che esiste un compagno binario, perché è difficile far entrare in orbita il gas espulso a meno che una stella compagna non lo devia nella giusta direzione. Il laser ci offre un modo unico per sondare il disco attorno alla stella morente, nel profondo della nebulosa planetaria. "
Mentre gli astronomi non hanno ancora visto la seconda stella attesa, sperano che i futuri sondaggi saranno in grado di localizzarla, rivelando così l'origine dei misteriosi laser della Nebulosa Ant. In tal modo, saranno in grado di collegare due scoperte (vale a dire nebulosa planetaria e laser) fatte dallo stesso astronomo più di un secolo fa. Come ha aggiunto Göran Pilbratt, scienziato del progetto Herschel dell'ESA,:
"Questo studio suggerisce che la Nebulosa Formica distintiva come la vediamo oggi è stata creata dalla natura complessa di un sistema stellare binario, che influenza la forma, le proprietà chimiche e l'evoluzione in queste fasi finali della vita di una stella. Herschel offrì le capacità di osservazione perfette per rilevare questo straordinario laser nella Nebulosa Formica. I risultati aiuteranno a limitare le condizioni in cui si verifica questo fenomeno e ci aiuteranno a perfezionare i nostri modelli di evoluzione stellare. È anche una felice conclusione che la missione di Herschel sia stata in grado di collegare le due scoperte di Menzel di quasi un secolo fa ".
I telescopi spaziali di prossima generazione che potrebbero dirci di più sulla nebulosa planetaria e sui cicli di vita delle stelle includono: James Webb Space Telescope (JWST). Una volta che questo telescopio arriverà nello spazio nel 2020, utilizzerà le sue avanzate capacità a infrarossi per vedere oggetti altrimenti oscurati da gas e polvere. Questi studi potrebbero rivelare molto sulle strutture interne delle nebulose e forse far luce sul perché periodicamente sparano "laser spaziali".
