Za pomocą Kosmicznego Teleskopu Herschela odkryto rzadkie zjawisko związane ze śmiercią gwiazdy – niezwykłą emisję laserową pochodzącą ze spektakularnej Mgławicy Mrówka, która sugeruje obecność układu podwójnego gwiazd ukrytego w sercu obiektu.
Gdy gwiazdy o małej-średniej ciężkości, takie jak Słońce, zbliżają się do końca swojego cyklu życia, stają się gęstymi białymi karłami. W procesie tym odrzucają zewnętrzne warstwy gazu i pyłu w przestrzeń kosmiczną, które tworzą kalejdoskop złożonych wzorów, znane jako mgławica planetarna.
Obserwacje dokonane Teleskopem Herschela w podczerwieni wykazały, że upadek gwiazdy centralnej w jądrze Mgławicy Mrówka jest jeszcze bardziej spektakularny, niż sugerowałaby to jej kolorowa prezentacja w obrazach widzialnych – takich jak zdjęcia wykonane Kosmicznym Teleskopem Hubble’a. Jak wykazały nowe dane, Mgławica Mrówka wysyła także intensywne wiązki emisji laserowej ze swojego serca.
Podczas gdy na co dzień lasery mogą oznaczać wizualne efekty specjalne na koncertach, w przestrzeni kosmicznej, w określonych warunkach wykryto emisję skupioną na różnych długościach fal. Znanych jest jedynie kilka takich podczerwonych naturalnych laserów.
Astronom Donald Menzel, który jako pierwszy zaobserwował i zaklasyfikował tę szczególną mgławicę planetarną (znaną także jako Menzel 3, na jego cześć) jako jeden z pierwszych (w latach dwudziestych) sugerował, że w pewnych warunkach naturalne „wzmocnienie światła przez stymulowaną emisję promieniowania” (ang. light amplification by stimulated emission of radiation, tj. LASER) może występować w mgławicach gazowych. Było to na długo przed prezentacją pierwszych laboratoryjnych laserów w 1960 roku.
Obserwując mgławicę Menzel 3, widzimy niesamowicie skomplikowaną strukturę złożoną ze zjonizowanego gazu, jednak nie widzimy obiektu w jej sercu, który ten wzór tworzy. Dzięki czułości i szerokiemu zakresowi fal obserwatorium Herschel astronomowie wykryli bardzo rzadki rodzaj emisji, który umożliwił ujawnienie struktury mgławicy i warunków fizycznych. Ten rodzaj emisji lasera wymaga bardzo gęstego gazu blisko gwiazdy. Porównanie obserwacji z modelami wykazało, że gęstość laserowej emisji gazu jest około dziesięć tysięcy razy większa niż gęstość gazu obserwowanego w typowych mgławicach planetarnych i w płatach samej Mgławicy Mrówka. Zwykle obszar blisko martwej gwiazdy – w tym przypadku jest to odległość taka, jak Saturna od Słońca – jest raczej pusty, ponieważ większość materii zostaje wyrzucona na zewnątrz. Cały zalegający gaz wkrótce opadłby na nią.
Jedynym sposobem, aby gaz mógł się utrzymać blisko gwiazdy, jest okrążanie jej w postaci dysku. W tym przypadku astronomowie zaobserwowali gęsty dysk w samym środku, zwrócony do nas krawędzią. Takie ułożenie pomaga wzmocnić sygnał lasera. Dysk sugeruje, że biały karzeł ma towarzysza, gdyż trudno jest zdobyć wyrzucony gaz, chyba że gwiazda towarzysząca zwróci go we właściwym kierunku. Jak dotąd astronomowie nie zaobserwowali tego towarzysza, jednak sądzą, że masa pochodząca od umierającego towarzysza zostanie wyrzucona, a następnie przechwycona przez centralną gwiazdę mgławicy planetarnej, tworząc dysk, gdzie wytwarzana jest emisja laserowa.
Astronomowie wykorzystali Teleskop Herschela do scharakteryzowania różnych składników gazu i pyłu w mgławicy wokół starych gwiazd, jednak nie szukali zjawiska lasera. Emisję tę zidentyfikowano jak dotąd zaledwie w kilku obiektach. Wykrycie go w tej mgławicy planetarnej było jednak niespodzianką.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej:
A Space Ant Fires Its Lasers
Źródło: ESA
Na zdjęciu: Mgławica Ant (Mrówka) na zdjęciu uzyskanym dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Hubble'a przypomina głowę i korpus mrówki ogrodowej. W rzeczywistości jest to wynik umierania gwiazdy podobnej do Słońca i złożonych interakcji materii w jej sercu. Źródło: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)