Πρόγραμμα της ESA αποκαλύπτει ένα μακρινό διαστημικό μυρμήγκι που πυροδοτεί λέιζερ

Ένα σπάνιο φαινόμενο που συνδέεται με τον θάνατο ενός άστρου ανακαλύφθηκε σε παρατηρήσεις που έγιναν από το διαστημικό παρατηρητήριο Herschel της ESA: μια ασυνήθιστη εκπομπή λέιζερ από το εντυπωσιακό νεφέλωμα μυρμήγκι, που υποδηλώνει την παρουσία ενός διπλού συστήματος άστρων κρυμμένο στην καρδιά του. Όταν άστρα χαμηλού μέχρι μεσαίου βάρους, άστρα όπως ο Ήλιος μας, πλησιάζουν στο τέλος της ζωής τους τελικά γίνονται πυκνά άστρα, λευκοί νάνοι. Κατά τη διαδικασία, ελευθερώνουν τα εξωτερικά τους στρώματα αερίου και σκόνης στο διάστημα, δημιουργώντας ένα καλειδοσκόπιο περίτεχνων μοτίβων γνωστών ως πλανητικό νεφέλωμα.

Οι υπέρυθρες παρατηρήσεις του Herschel έχουν δείξει ότι το δραματικό τέλος του κεντρικού άστρου στον πυρήνα του Νεφελώματος Μυρμήγκι είναι ακόμη πιο θεατράλε από ότι αφήνεται να εννοηθεί από την έγχρωμη εμφάνιση στις ορατές εικόνες – όπως σε αυτές που ελήφθησαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, των NASA/ESA. Όπως αποκαλύπτεται από τα νέα δεδομένα, το Νεφέλωμα Μυρμήγκι επίσης ακτινοβολεί έντονα από τον πυρήνα του λέιζερ εκπομπή. Ενώ τα λέιζερ στην καθημερινή ζωή του σήμερα συνδέονται με ειδικά οπτικά εφέ σε μουσικές συναυλίες, στο διάστημα, η εστιασμένη εκπομπή ανιχνεύεται σε διάφορα μήκη κύματος κάτω από ειδικές συνθήκες. Μόνο λίγα από αυτά τα διαστημικά υπέρυθρα λέιζερ είναι γνωστά.

Η αστρική εξέλιξη

Συμπτωματικά, ο αστρονόμος Donald Menzel ο οποίος πρώτος παρατήρησε και ταξινόμησε το ιδιαίτερο αυτό πλανητικό νεφέλωμα στη δεκαετία του 1920 (είναι επίσης μετά από αυτόν επίσημα γνωστό ως Menzel 3) ήταν ένας από τους πρώτους που υποστήριξαν ότι σε ορισμένες συνθήκες φυσικά η «ενίσχυση φωτός με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας» – από τα αρχικά light amplification by stimulated emission of radiation, δημιουργείται η λέξη laser (λέιζερ) – θα μπορούσε να συμβεί σε νεφελώματα αερίων. Αυτό ήταν πολύ πριν την ανακάλυψη και πρώτη επιτυχημένη λειτουργία των λέιζερ στο εργαστήριο το 1960, ένα γεγονός που εορτάζεται ετησίως στις 16 Μαΐου ως Διεθνής Ημέρα Φωτός.

«Όταν παρατηρήσαμε το Menzel 3, είδαμε μια εκπληκτικά περίπλοκη δομή φτιαγμένη από ιονισμένο αέριο, όμως δεν μπορέσαμε να δούμε το αντικείμενο στο κέντρο του που παράγει αυτό το μοτίβο», λέει η Isabel Aleman, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης που περιγράφει τα νέα αποτελέσματα. «Χάρις στην ευαισθησία και ευρεία περιοχή μηκών κύματος του παρατηρητηρίου Herschel, ανιχνεύσαμε έναν σπάνιο τύπο εκπομπής αποκαλούμενο λέιζερ εκπομπή ανασυνδυασμού γραμμών υδρογόνου, που παρείχε έναν τρόπο για να αποκαλυφθεί η δομή του νεφελώματος και οι φυσικές συνθήκες».

Αυτός ο τύπος λέιζερ εκπομπής απαιτεί πολύ πυκνό αέριο κοντά στο άστρο. Η σύγκριση των παρατηρήσεων με μοντέλα βρήκε ότι η πυκνότητα του εκπέμποντος λέιζερ αερίου είναι περίπου 10 χιλιάδες φορές υψηλότερη από αυτή του αερίου που φαίνεται στο τυπικά πλανητικά νεφελώματα και στους λοβούς του ίδιου του Νεφελώματος Μυρμήγκι. Κανονικά, η περιοχή κοντά στο νεκρό άστρο – κοντά σε αυτή την περίπτωση είναι η απόσταση του Κρόνου από τον Ήλιο – είναι σχετικά άδεια, επειδή το περισσότερο από το υλικό του εκτινάχθηκε προς τα έξω. Οποιοδήποτε παραμένον αέριο σύντομα πέφτει πίσω σε αυτό.

Το Νεφέλωμα Μυρμήγκι ή Menzel 3, ή Mz 3 από επίγειο τηλεσκόπιο

«Ο μόνος τρόπος να κρατηθεί το αέριο κοντά στο άστρο είναι αν αυτό περιφέρεται γύρω του σε μορφή δίσκου», αναφέρει ο Albert Zijlstra, ένας άλλος από τους συγγραφείς. «Σε αυτή την περίπτωση, έχουμε πραγματικά παρατηρήσει έναν πυκνό δίσκο ακριβώς στο κέντρο που φαίνεται κατά προσέγγιση στο ενεργοποιημένο άκρο. Ο προσανατολισμός αυτός βοηθάει να ενισχύεται το σήμα του λέιζερ. Ο δίσκος υποδηλώνει ότι ο λευκός νάνος έχει ένα συνοδό ταίρι, επειδή είναι δύσκολο να τεθεί το εκτοξευόμενο αέριο σε τροχιά εκτός και αν ένα συνοδό άστρο το εκτρέπει στη σωστή κατεύθυνση».

Οι αστρονόμοι δεν έχουν ακόμη δει το αναμενόμενο δεύτερο άστρο, όμως θεωρούν ότι η μάζα από το θνήσκον συνοδό άστρο εκτοξεύεται και μετά συλλαμβάνεται από το συμπαγές κεντρικό άστρο του κανονικού πλανητικού νεφελώματος, παράγοντας το δίσκο όπου παράγεται η λέιζερ εκπομπή. «Χρησιμοποιήσαμε το Herschel για να χαρακτηρίσουμε διάφορα συστατικά του αερίου και της σκόνης σε νεφελώματα γύρω από γηραιά άστρα, όμως δεν ψάχναμε απαραίτητα για ένα φαινόμενο λέιζερ», προσθέτει ο Toshiya Ueta, κύριος ερευνητής του προγράμματος Herschel Planetary Nebula Survey. «Τέτοια εκπομπή έχει ταυτοποιηθεί μόνο σε λίγα αντικείμενα πριν. Ήταν μια αξιοσημείωτη παρατήρηση που δεν αναμενόταν. Υπάρχουν βεβαίως περισσότερα στα αστρικά νεφελώματα από ότι βλέπει το μάτι!».

«Η μελέτη αυτή εισηγείται ότι το χαρακτηριστικό Νεφέλωμα Μυρμήγκι όπως το βλέπουμε σήμερα δημιουργήθηκε από την σύνθετη φύση ενός συστήματος δυο άστρων, που επηρεάζει το σχήμα, τις χημικές ιδιότητες και την εξέλιξη σε αυτά τα τελευταία στάδια της ζωής του άστρου», αναφέρει ο Göran Pilbratt, επιστήμονας του προγράμματος Herschel της ESA . «Το Herschel προσέφερε τις τέλειες δυνατότητες παρατήρησης για την ανίχνευση αυτού του εντυπωσιακού λέιζερ στο Νεφέλωμα Μυρμήγκι. Τα ευρήματα θα βοηθήσουν να περιοριστούν οι προϋποθέσεις κάτω από τις οποίες το φαινόμενο αυτό συμβαίνει και μας βοηθούν να βελτιώσουμε τα μοντέλα μας για την αστρική εξέλιξη. Είναι επίσης μια ευτυχής κατάληξη που η αποστολή Herschel μπόρεσε να συνδέσει μαζί τις δυο ανακαλύψεις του Menzel πριν σχεδόν από ένα αιώνα».

Πηγή: ESA

Περισσότερα στη δημοσίευση: Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): Hydrogen Recombination Laser Lines in Mz 3. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.