Wenn sich Sterne mit niedrigem bis mittlerem Gewicht wie unsere Sonne dem Ende ihres Lebenszyklus nähern, werfen sie schließlich ihre äußeren Schichten ab und hinterlassen einen dichten weißen Zwergstern. Diese äußeren Schichten wurden zu einer massiven Staub- und Gaswolke, die sich durch helle Farben und komplizierte Muster auszeichnet, die als planetarischer Nebel bekannt sind. Eines Tages wird sich unsere Sonne in einen solchen Nebel verwandeln, den man aus Lichtjahren Entfernung betrachten kann.
Dieser Prozess, bei dem ein sterbender Stern eine massive Staubwolke entstehen lässt, war dank vieler von aufgenommener Bilder bereits als unglaublich schön und inspirierend bekannt Hubble. Nach der Besichtigung des berühmten Ameisennebels mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) Herschel-WeltraumobservatoriumEin Team von Astronomen entdeckte eine ungewöhnliche Laseremission, die darauf hindeutet, dass sich im Zentrum des Nebels ein Doppelsternsystem befindet.
Die Studie mit dem Titel „Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): Wasserstoffrekombinationslaserlinien in Mz 3 “, kürzlich in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Die Studie wurde von Isabel Aleman von der Universität von São Paulo und dem Leidener Observatorium geleitet und umfasste Mitglieder des Herschel Science Center, des Smithsonian Astrophysical Observatory, des Instituts für Astronomie und Astrophysik sowie mehrerer Universitäten.
Der Ameisennebel (auch bekannt als Mz 3) ist ein junger bipolarer planetarischer Nebel im Sternbild Norma und hat seinen Namen von den Zwillingslappen aus Gas und Staub, die dem Kopf und Körper einer Ameise ähneln. In der Vergangenheit wurde die schöne und komplizierte Natur dieses Nebels von der NASA / ESA abgebildet Hubble-Weltraumteleskop. Die neuen Daten von Herschel zeigen auch, dass der Ameisennebel intensive Laseremissionen von seinem Kern ausstrahlt.
Im Weltraum werden Infrarotlaseremissionen bei sehr unterschiedlichen Wellenlängen und nur unter bestimmten Bedingungen erfasst, und nur wenige dieser Weltraumlaser sind bekannt. Interessanterweise war es der Astronom Donald Menzel, der 1920 erstmals den Ameisennebel beobachtete und klassifizierte (weshalb er nach ihm offiziell als Menzel 3 bekannt ist), der als einer der ersten vorschlug, dass Laser im Nebel auftreten könnten.
Laut Menzel würde unter bestimmten Bedingungen eine natürliche „Lichtverstärkung durch die stimulierten Strahlungsemissionen“ (auch bekannt als Laser) im Weltraum auftreten. Dies war lange vor der Entdeckung von Lasern in Laboratorien, ein Anlass, der jährlich am 16. Mai gefeiert wird und als Internationaler Tag des Lichts der UNESCO bekannt ist. Aus diesem Grund war es sehr angebracht, dass dieses Papier auch am 16. Mai veröffentlicht wurde, um die Entwicklung des Lasers und seines Entdeckers Theodore Maiman zu feiern.
Als Isabel Aleman, die Hauptautorin eines Papiers, die Ergebnisse beschrieb:
„Wenn wir Menzel 3 beobachten, sehen wir eine erstaunlich komplizierte Struktur aus ionisiertem Gas, aber wir können das Objekt in seiner Mitte nicht sehen, das dieses Muster erzeugt. Dank der Empfindlichkeit und des weiten Wellenlängenbereichs des Herschel-Observatoriums konnten wir eine sehr seltene Art von Emission entdecken, die als Wasserstoff-Rekombinationslinien-Laseremission bezeichnet wird und eine Möglichkeit bot, die Struktur und die physikalischen Bedingungen des Nebels aufzudecken. “
"Eine solche Emission wurde bisher nur bei einer Handvoll Objekten identifiziert, und es ist ein glücklicher Zufall, dass wir die von Menzel vorgeschlagene Emissionsart in einem der von ihm entdeckten planetarischen Nebel entdeckt haben", fügte sie hinzu.
Die Art der beobachteten Laseremission benötigt sehr dichtes Gas in der Nähe des Sterns. Beim Vergleich der Beobachtungen des Herschel-Observatoriums mit Modellen des Planetennebels stellte das Team fest, dass die Dichte des Gases, das die Laser emittiert, etwa zehntausendmal dichter war als das Gas, das in typischen Planetennebeln und in den Lappen des Ameisennebels selbst zu sehen ist.
Normalerweise ist die Region in der Nähe des toten Sterns - in diesem Fall ungefähr der Abstand zwischen Saturn und Sonne - ziemlich leer, da sein Material nach dem Aussterben des Sterns nach außen ausgestoßen wurde. Jegliches verweilende Gas würde bald darauf zurückfallen. Aber wie Professor Albert Zijlstra vom Jodrell Bank Center for Astrophysics und Mitautor der Studie sagte:
„Die einzige Möglichkeit, solch dichtes Gas nahe am Stern zu halten, besteht darin, es in einer Scheibe um ihn herum zu umkreisen. In diesem Nebel haben wir tatsächlich eine dichte Scheibe in der Mitte beobachtet, die ungefähr am Rand zu sehen ist. Diese Ausrichtung hilft, das Lasersignal zu verstärken. Die Scheibe deutet darauf hin, dass es einen binären Begleiter gibt, da es schwierig ist, das ausgestoßene Gas in die Umlaufbahn zu bringen, es sei denn, ein Begleitstern lenkt es in die richtige Richtung ab. Der Laser bietet uns eine einzigartige Möglichkeit, die Scheibe um den sterbenden Stern tief im planetarischen Nebel zu untersuchen. “
Obwohl Astronomen den erwarteten zweiten Stern noch nicht gesehen haben, hoffen sie, dass zukünftige Untersuchungen ihn lokalisieren können, um den Ursprung der mysteriösen Laser des Ameisennebels aufzudecken. Auf diese Weise können sie zwei Entdeckungen (d. H. Planetennebel und Laser) verbinden, die vor über einem Jahrhundert von demselben Astronomen gemacht wurden. Göran Pilbratt, Herschel-Projektwissenschaftler der ESA, fügte hinzu:
„Diese Studie legt nahe, dass der charakteristische Ameisennebel, wie wir ihn heute sehen, durch die komplexe Natur eines binären Sternensystems entstanden ist, das die Form, die chemischen Eigenschaften und die Entwicklung in diesen letzten Lebensphasen eines Sterns beeinflusst. Herschel bot die perfekten Beobachtungsmöglichkeiten, um diesen außergewöhnlichen Laser im Ameisennebel zu erkennen. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, die Bedingungen, unter denen dieses Phänomen auftritt, einzuschränken und unsere Modelle der Sternentwicklung zu verfeinern. Es ist auch eine erfreuliche Schlussfolgerung, dass die Herschel-Mission Menzels zwei Entdeckungen von vor fast einem Jahrhundert miteinander verbinden konnte. “
Weltraumteleskope der nächsten Generation, die uns mehr über den planetarischen Nebel und die Lebenszyklen von Sternen erzählen könnten, umfassen die James Webb Weltraumteleskop (JWST). Sobald dieses Teleskop im Jahr 2020 in den Weltraum fliegt, wird es seine fortschrittlichen Infrarotfunktionen nutzen, um Objekte zu sehen, die ansonsten durch Gas und Staub verdeckt sind. Diese Studien könnten viel über die inneren Strukturen von Nebeln verraten und vielleicht Aufschluss darüber geben, warum sie regelmäßig „Weltraumlaser“ abschießen.
