Όταν τα αστέρια χαμηλού έως μεσαίου βάρους όπως ο Ήλιος μας πλησιάζουν στο τέλος των κύκλων ζωής τους, τελικά πέταξαν τα εξωτερικά τους στρώματα, αφήνοντας πίσω τους ένα πυκνό, λευκό αστέρι νάνου. Αυτά τα εξωτερικά στρώματα έγιναν ένα τεράστιο νέφος σκόνης και αερίου, το οποίο χαρακτηρίζεται από έντονα χρώματα και περίπλοκα σχέδια, γνωστά ως πλανητικό νεφέλωμα. Κάποια στιγμή, ο Ήλιος μας θα μετατραπεί σε ένα τέτοιο νεφέλωμα, που θα μπορούσε να το δει από χρόνια φωτός.
Αυτή η διαδικασία, όπου ένα αστέρι που πεθαίνει δημιουργεί ένα τεράστιο σύννεφο σκόνης, ήταν ήδη γνωστό ότι ήταν απίστευτα όμορφο και εμπνευσμένο χάρη σε πολλές εικόνες που τραβήχτηκε από Χαμπλ. Ωστόσο, μετά την προβολή του περίφημου Νεφελώματος Μυρμήγκι με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) Διαστημικό Παρατηρητήριο Herschel, μια ομάδα αστρονόμων ανακάλυψε μια ασυνήθιστη εκπομπή λέιζερ που υποδηλώνει ότι υπάρχει ένα σύστημα διπλού αστεριού στο κέντρο του νεφελώματος.
Η μελέτη, με τίτλο «Χέρσελ Πλανητική έρευνα νεφελώματος (HerPlaNS): γραμμές λέιζερ ανασυνδυασμού υδρογόνου σε Mz 3 ", πρόσφατα εμφανίστηκε στο Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας. Η μελέτη διεξήχθη από την Isabel Aleman του Πανεπιστημίου του Σάο Πάολο και το Παρατηρητήριο του Λάιντεν, και περιελάμβανε μέλη από το Επιστημονικό Κέντρο Herschel, το Αστεροφυσικό Παρατηρητήριο Smithsonian, το Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής, καθώς και πολλά πανεπιστήμια.
Το νεφελώδες μυρμήγκι (γνωστό και ως Mz 3) είναι ένα νεαρό διπολικό πλανητικό νεφέλωμα που βρίσκεται στον αστερισμό Norma και παίρνει το όνομά του από τους δίδυμους λοβούς αερίου και σκόνης που μοιάζουν με το κεφάλι και το σώμα ενός μυρμηγκιού. Στο παρελθόν, η όμορφη και περίπλοκη φύση αυτού του νεφελώματος απεικονίστηκε από τη NASA / ESA Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Τα νέα δεδομένα που ελήφθησαν από την Herschel δείχνουν επίσης ότι το Ant Nebula εκπέμπει έντονες εκπομπές λέιζερ από τον πυρήνα του.
Στο διάστημα, οι υπέρυθρες εκπομπές λέιζερ ανιχνεύονται σε πολύ διαφορετικά μήκη κύματος και μόνο υπό ορισμένες συνθήκες, και μόνο μερικά από αυτά τα διαστημικά λέιζερ είναι γνωστά. Είναι αρκετά ενδιαφέρον ότι ήταν ο αστρονόμος Donald Menzel - ο οποίος παρατήρησε και ταξινόμησε για πρώτη φορά το νεφελώδες μυρμήγκι το 1920 (εξ ου και είναι επίσημα γνωστό ως Menzel 3 μετά από αυτόν) - που ήταν ένας από τους πρώτους που έδειχνε ότι τα λέιζερ θα μπορούσαν να εμφανιστούν στο νεφέλωμα.
Σύμφωνα με τον Menzel, υπό ορισμένες συνθήκες η φυσική «ενίσχυση του φωτός από τις διεγερμένες εκπομπές της ακτινοβολίας» (γνωστός και από τον οποίο παίρνουμε τον όρο λέιζερ από) θα συνέβαινε στο διάστημα. Αυτό ήταν πολύ πριν από την ανακάλυψη των λέιζερ στα εργαστήρια, μια ευκαιρία που γιορτάζεται κάθε χρόνο στις 16 Μαΐου, γνωστή ως η Παγκόσμια Ημέρα του Φωτός της ΟΥΝΕΣΚΟ. Ως εκ τούτου, ήταν πολύ κατάλληλο το έγγραφο αυτό να εκδοθεί επίσης στις 16 Μαΐου, γιορτάζοντας την ανάπτυξη του λέιζερ και του ανακάλυψή του, του Θεόδωρος Μάιμαν.
Όπως ο Isabel Aleman, ο κύριος συγγραφέας μιας εργασίας, περιέγραψε τα αποτελέσματα:
«Όταν παρατηρούμε το Menzel 3, βλέπουμε μια εκπληκτικά περίπλοκη δομή που αποτελείται από ιονισμένο αέριο, αλλά δεν μπορούμε να δούμε το αντικείμενο στο κέντρο του να παράγει αυτό το μοτίβο. Χάρη στην ευαισθησία και το εύρος μεγάλου μήκους κύματος του παρατηρητηρίου Herschel, εντοπίσαμε έναν πολύ σπάνιο τύπο εκπομπών που ονομάζεται εκπομπή λέιζερ ανασυνδυασμού υδρογόνου, ο οποίος παρείχε έναν τρόπο να αποκαλυφθεί η δομή και οι φυσικές συνθήκες του νεφελώματος. "
«Τέτοιες εκπομπές έχουν εντοπιστεί μόνο σε λίγα αντικείμενα στο παρελθόν και είναι μια ευτυχισμένη σύμπτωση που ανιχνεύσαμε το είδος των εκπομπών που πρότεινε ο Menzel, σε ένα από τα πλανητικά νεφελώματα που ανακάλυψε», πρόσθεσε.
Το είδος της εκπομπής λέιζερ που παρατήρησε χρειάζεται πολύ πυκνό αέριο κοντά στο αστέρι. Συγκρίνοντας τις παρατηρήσεις από το παρατηρητήριο Herschel με μοντέλα πλανητικού νεφελώματος, η ομάδα διαπίστωσε ότι η πυκνότητα του αερίου που εκπέμπει τα λέιζερ ήταν περίπου δέκα χιλιάδες φορές πυκνότερη από το αέριο που παρατηρείται σε τυπικά πλανητικά νεφελώματα και στους λοβούς του ίδιου του μυρμηγκινού.
Κανονικά, η περιοχή κοντά στο νεκρό αστέρι - σε αυτήν την περίπτωση, περίπου η απόσταση μεταξύ του Κρόνου και του Ήλιου - είναι αρκετά κενή επειδή το υλικό του εκτοξεύτηκε προς τα έξω μετά το αστέρι πήγε σουπερνόβα. Κάθε παρατεταμένο αέριο θα πέσει σύντομα πάνω του. Όμως, όπως ο καθηγητής Albert Zijlstra, από το Κέντρο Αστροφυσικής Jodrell Bank και συν-συγγραφέας της μελέτης, το έθεσε:
«Ο μόνος τρόπος να διατηρηθεί τόσο πυκνό αέριο κοντά στο αστέρι είναι εάν περιστρέφεται γύρω από αυτό σε ένα δίσκο. Σε αυτό το νεφέλωμα, στην πραγματικότητα παρατηρήσαμε έναν πυκνό δίσκο στο κέντρο που φαίνεται περίπου από πάνω. Αυτός ο προσανατολισμός βοηθά στην ενίσχυση του σήματος λέιζερ. Ο δίσκος υποδηλώνει ότι υπάρχει ένας δυαδικός σύντροφος, επειδή είναι δύσκολο να βγει το εκτοξευόμενο αέριο σε τροχιά, εκτός αν ένα συνοδευτικό αστέρι το εκτρέψει στη σωστή κατεύθυνση. Το λέιζερ μας δίνει έναν μοναδικό τρόπο ανίχνευσης του δίσκου γύρω από το αστέρι που πεθαίνει, βαθιά μέσα στο πλανητικό νεφέλωμα. "
Ενώ οι αστρονόμοι δεν έχουν ακόμη δει το αναμενόμενο δεύτερο αστέρι, ελπίζουν ότι οι μελλοντικές έρευνες θα μπορέσουν να το εντοπίσουν, αποκαλύπτοντας έτσι την προέλευση των μυστηριωδών λέιζερ του Μυρμηγιού. Με αυτόν τον τρόπο, θα είναι σε θέση να συνδέσουν δύο ανακαλύψεις (δηλαδή πλανητικό νεφέλωμα και λέιζερ) που έχουν γίνει από τον ίδιο αστρονόμο πριν από έναν αιώνα. Όπως πρόσθεσε ο Göran Pilbratt, επιστήμονας του έργου Herschel της ESA:
«Αυτή η μελέτη υποδηλώνει ότι το χαρακτηριστικό νεφελώδες μυρμήγκι όπως το βλέπουμε σήμερα δημιουργήθηκε από την περίπλοκη φύση ενός δυαδικού συστήματος αστεριών, το οποίο επηρεάζει το σχήμα, τις χημικές ιδιότητες και την εξέλιξη σε αυτά τα τελικά στάδια της ζωής ενός αστεριού. Η Herschel προσέφερε τις τέλειες δυνατότητες παρατήρησης για την ανίχνευση αυτού του εξαιρετικού λέιζερ στο Νεφελώδες Μυρμήγκι. Τα ευρήματα θα βοηθήσουν στον περιορισμό των συνθηκών υπό τις οποίες συμβαίνει αυτό το φαινόμενο και θα μας βοηθήσουν να βελτιώσουμε τα μοντέλα της αστρικής εξέλιξης. Είναι επίσης ένα ευτυχές συμπέρασμα ότι η αποστολή Herschel κατάφερε να συνδέσει τις δύο ανακαλύψεις του Menzel από σχεδόν έναν αιώνα πριν. "
Διαστημικά τηλεσκόπια επόμενης γενιάς που θα μπορούσαν να μας πουν περισσότερα για το πλανητικό νεφέλωμα και τους κύκλους ζωής των αστεριών περιλαμβάνουν το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST). Μόλις αυτό το τηλεσκόπιο φτάσει στο διάστημα το 2020, θα χρησιμοποιήσει τις προηγμένες δυνατότητες υπέρυθρης ακτινοβολίας του για να δει αντικείμενα που αλλιώς κρύβονται από αέριο και σκόνη. Αυτές οι μελέτες θα μπορούσαν να αποκαλύψουν πολλά για τις εσωτερικές δομές των νεφελωμάτων, και ίσως ρίχνουν φως στο γιατί εκτοξεύουν περιοδικά «διαστημικά λέιζερ».
