Kiedy gwiazdy o niskiej i średniej masie, takie jak nasze Słońce, zbliżają się do końca swoich cykli życia, ostatecznie zrzucają swoje zewnętrzne warstwy, pozostawiając gęstą, białą karłowatą gwiazdę. Te zewnętrzne warstwy stały się masywną chmurą pyłu i gazu, która charakteryzuje się jasnymi kolorami i skomplikowanymi wzorami, znanymi jako mgławica planetarna. Pewnego dnia nasze Słońce zamieni się w taką mgławicę, taką, którą można oglądać z odległości lat świetlnych.
Ten proces, w którym umierająca gwiazda powoduje powstanie masywnej chmury pyłu, był już znany jako niesamowicie piękny i inspirujący dzięki wielu zdjęciom wykonanym przez Hubble. Jednak po obejrzeniu słynnej mgławicy Ant w Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) Obserwatorium kosmiczne Herschela, zespół astronomów odkrył niezwykłą emisję laserową, która sugeruje, że w centrum mgławicy znajduje się układ podwójnej gwiazdy.
Badanie zatytułowane „Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): linie lasera do rekombinacji wodoru w Mz 3 “, ostatnio pojawiły się w Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society. Badanie było prowadzone przez Isabel Aleman z University of São Paulo i Leiden Observatory i obejmowało członków z Herschel Science Center, Smithsonian Astrophysical Observatory, Institute of Astronomy and Astrophysics oraz wielu uniwersytetów.
Mgławica Mrówka (znana również jako Mz 3) to młoda dwubiegunowa mgławica planetarna znajdująca się w gwiazdozbiorze Normy, która bierze swoją nazwę od podwójnych płatów gazu i pyłu przypominających głowę i ciało mrówki. W przeszłości piękna i skomplikowana natura tej mgławicy była obrazowana przez NASA / ESA Kosmiczny teleskop Hubble. Nowe dane uzyskane przez Herschela wskazują również, że Mgławica Mrówka emituje intensywne emisje laserowe z jej rdzenia.
W kosmosie emisje lasera podczerwonego są wykrywane przy bardzo różnych długościach fal i tylko w określonych warunkach, i tylko kilka z tych laserów kosmicznych jest znanych. Co ciekawe, to astronom Donald Menzel - który po raz pierwszy zaobserwował i sklasyfikował Mgławicę Mrówkę w 1920 r. (Stąd też po nim jest oficjalnie znany jako Menzel 3) - był jednym z pierwszych, który zasugerował, że w mgławicy mogą pojawić się lasery.
Według Menzela, w pewnych warunkach naturalne „wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania” (inaczej skąd pochodzi określenie laser) wystąpiłoby w kosmosie. Było to na długo przed odkryciem laserów w laboratoriach, co jest obchodzone co roku 16 maja, znanym jako Międzynarodowy Dzień Światła UNESCO. W związku z tym bardzo słuszne było, aby ten artykuł został również opublikowany 16 maja, świętując rozwój lasera i jego odkrywcy, Theodore Maimana.
Jak Isabel Aleman, główny autor artykułu, opisał wyniki:
„Gdy obserwujemy Menzel 3, widzimy niezwykle skomplikowaną strukturę złożoną z zjonizowanego gazu, ale nie widzimy obiektu w jego centrum wytwarzającego ten wzór. Dzięki czułości i szerokiemu zakresowi fal obserwatorium Herschel wykryliśmy bardzo rzadki typ emisji zwany emisją lasera linii rekombinacji wodoru, który umożliwił ujawnienie struktury mgławicy i warunków fizycznych. ”
„Taka emisja została zidentyfikowana tylko w kilku obiektach wcześniej i to szczęśliwy zbieg okoliczności, że wykryliśmy rodzaj emisji, który zasugerował Menzel, w jednej z mgławic planetarnych, którą odkrył” - dodała.
Obserwowany przez nich rodzaj emisji laserowej wymaga bardzo gęstego gazu blisko gwiazdy. Porównując obserwacje z obserwatorium Herschela z modelami mgławicy planetarnej, zespół stwierdził, że gęstość gazu emitującego lasery była około dziesięć tysięcy razy gęstsza niż gazu obserwowanego w typowych mgławicach planetarnych i w płatach samej Mgławicy Mrówka.
Zwykle region blisko martwej gwiazdy - w tym przypadku w przybliżeniu odległość między Saturnem a Słońcem - jest dość pusty, ponieważ jego materiał został wyrzucony na zewnątrz po tym, jak gwiazda przeszła w supernową. Jakikolwiek utrzymujący się gaz wkrótce spadnie na niego. Ale, jak ujął to profesor Albert Zijlstra z Centrum Astrofizyki Jodrell Bank i współautor badania:
„Jedynym sposobem na utrzymanie tak gęstego gazu w pobliżu gwiazdy jest krążenie wokół niej w dysku. W tej mgławicy rzeczywiście zaobserwowaliśmy gęsty dysk w samym środku, który jest widziany w przybliżeniu na krawędzi. Ta orientacja pomaga wzmocnić sygnał laserowy. Dysk sugeruje, że istnieje binarny towarzysz, ponieważ trudno jest wyrzucić wyrzucony gaz na orbitę, chyba że gwiazda towarzysząca odwróci go we właściwym kierunku. Laser daje nam wyjątkowy sposób na sondowanie dysku wokół umierającej gwiazdy, głęboko w mgławicy planetarnej. ”
Chociaż astronomowie nie widzieli jeszcze oczekiwanej drugiej gwiazdy, mają nadzieję, że przyszłe badania będą w stanie ją zlokalizować, ujawniając w ten sposób pochodzenie tajemniczych laserów Mgławicy Mrówki. W ten sposób będą mogli połączyć dwa odkrycia (tj. Mgławicę planetarną i laser) dokonane przez tego samego astronoma ponad sto lat temu. Jak dodał Göran Pilbratt, naukowiec projektu ESA Herschel:
„Badanie to sugeruje, że charakterystyczna Mgławica Ant, jaką widzimy dzisiaj, została stworzona przez złożoną naturę podwójnego układu gwiazd, który wpływa na kształt, właściwości chemiczne i ewolucję w końcowych etapach życia gwiazdy. Herschel zaoferował doskonałe możliwości obserwacji w celu wykrycia tego niezwykłego lasera w Mgławicy Mrówka. Odkrycia pomogą ograniczyć warunki, w których to zjawisko występuje, i pomogą nam udoskonalić nasze modele ewolucji gwiazd. Jest to również szczęśliwy wniosek, że misja Herschela była w stanie połączyć dwa odkrycia Menzela sprzed prawie wieku ”.
Teleskopy kosmiczne nowej generacji, które mogłyby nam powiedzieć więcej o mgławicy planetarnej i cyklach życia gwiazd, obejmują Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST). Gdy ten teleskop znajdzie się w kosmosie w 2020 roku, wykorzysta swoje zaawansowane możliwości podczerwieni, aby zobaczyć obiekty, które w innym przypadku byłyby zasłonięte przez gaz i pył. Badania te mogą ujawnić wiele na temat wewnętrznych struktur mgławic i być może rzucić światło na to, dlaczego okresowo wystrzeliwują „lasery kosmiczne”.
