Wanneer sterren met een laag tot middelzwaar gewicht zoals onze zon het einde van hun levenscyclus naderen, werpen ze uiteindelijk hun buitenste lagen af en laten een dichte, witte dwergster achter. Deze buitenste lagen werden een enorme stof- en gaswolk, die wordt gekenmerkt door felle kleuren en ingewikkelde patronen, bekend als een planetaire nevel. Op een dag zal onze zon veranderen in zo'n nevel, eentje die van lichtjaren afstand kan worden bekeken.
Dit proces, waarbij een stervende ster aanleiding geeft tot een enorme stofwolk, stond al bekend als ongelooflijk mooi en inspirerend dankzij vele foto's gemaakt door Hubble. Echter, na het bekijken van de beroemde Antennevel met de European Space Agency’s (ESA) Herschel Space Observatoryontdekte een team van astronomen een ongebruikelijke laseremissie die suggereert dat er een dubbel stersysteem in het midden van de nevel is.
De studie, getiteld 'Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): waterstofrecombinatielaserlijnen in Mz 3 “, verschenen onlangs in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society. De studie werd geleid door Isabel Aleman van de Universiteit van São Paulo en de Sterrewacht Leiden, en bestond uit leden van het Herschel Science Center, de Smithsonian Astrophysical Observatory, het Institute of Astronomy and Astrophysics, en van meerdere universiteiten.
De Antennevel (ook bekend als Mz 3) is een jonge bipolaire planetaire nevel in het sterrenbeeld Norma en dankt zijn naam aan de dubbele lobben van gas en stof die op het hoofd en lichaam van een mier lijken. In het verleden werd de prachtige en ingewikkelde natuur van deze nevel in beeld gebracht door de NASA / ESA Hubble-ruimtetelescoop. De nieuwe gegevens die door Herschel zijn verkregen, geven ook aan dat de Antennevel intense laseremissies vanuit zijn kern straalt.
In de ruimte worden infrarood laseremissies gedetecteerd bij zeer verschillende golflengten en alleen onder bepaalde omstandigheden, en slechts enkele van deze ruimtelasers zijn bekend. Interessant genoeg was het astronoom Donald Menzel - die de Antennevel voor het eerst observeerde en classificeerde in 1920 (vandaar waarom het officieel bekend staat als Menzel 3 na hem) - die als een van de eersten suggereerde dat lasers in de nevel zouden kunnen voorkomen.
Volgens Menzel zou onder bepaalde omstandigheden natuurlijke "lichtversterking door de gestimuleerde straling van straling" (oftewel waar we de term laser vandaan halen) in de ruimte voorkomen. Dit was lang voor de ontdekking van lasers in laboratoria, een gelegenheid die jaarlijks op 16 mei wordt gevierd, bekend als UNESCO's Internationale Dag van het Licht. Als zodanig was het zeer gepast dat dit artikel ook op 16 mei werd gepubliceerd, ter ere van de ontwikkeling van de laser en zijn ontdekker, Theodore Maiman.
Zoals Isabel Aleman, de hoofdauteur van een paper, de resultaten beschreef:
“Wanneer we Menzel 3 observeren, zien we een verbazingwekkend ingewikkelde structuur die bestaat uit geïoniseerd gas, maar we kunnen niet zien dat het object in het midden dit patroon produceert. Dankzij de gevoeligheid en het brede golflengtebereik van het Herschel-observatorium, hebben we een zeer zeldzaam type emissie gedetecteerd, de laser-recombinatielijn-laseremissie, die een manier bood om de structuur en fysieke omstandigheden van de nevel te onthullen. "
"Een dergelijke emissie is slechts in een handvol objecten eerder geïdentificeerd en het is een gelukkig toeval dat we het soort emissie dat Menzel suggereerde, ontdekten in een van de planetaire nevels die hij ontdekte," voegde ze eraan toe.
Het soort laseremissie dat ze waarnamen heeft heel dicht gas nodig dicht bij de ster. Door waarnemingen van het Herschel-observatorium te vergelijken met modellen van planetaire nevels, ontdekte het team dat de dichtheid van het gas dat de lasers uitzond ongeveer tienduizend keer dichter was dan het gas dat wordt gezien in typische planetaire nevels en in de lobben van de mierennevel zelf.
Normaal gesproken is het gebied dicht bij de dode ster - in dit geval ongeveer de afstand tussen Saturnus en de zon - vrij leeg omdat het materiaal naar buiten werd uitgestoten nadat de ster supernova was geworden. Elk aanhoudend gas zou er snel weer op vallen. Maar zoals professor Albert Zijlstra, van het Jodrell Bank Centrum voor Astrofysica en co-auteur van de studie, het verwoordde:
'De enige manier om zo'n dicht gas dicht bij de ster te houden, is als hij er in een schijf omheen draait. In deze nevel hebben we eigenlijk een dichte schijf in het midden gezien die ongeveer op de rand wordt gezien. Deze oriëntatie helpt het lasersignaal te versterken. De schijf suggereert dat er een binaire metgezel is, omdat het moeilijk is om het uitgestoten gas in een baan om de aarde te krijgen, tenzij een begeleidende ster het in de goede richting afbuigt. De laser geeft ons een unieke manier om de schijf rond de stervende ster te onderzoeken, diep in de planetaire nevel. '
Hoewel astronomen de verwachte tweede ster nog niet hebben gezien, zijn ze hoopvol dat toekomstige onderzoeken hem zullen kunnen lokaliseren, waardoor de oorsprong van de mysterieuze lasers van de Miernevel wordt onthuld. Door dit te doen, zullen ze twee ontdekkingen (d.w.z. planetaire nevel en laser) kunnen verbinden die dezelfde astronoom meer dan een eeuw geleden heeft gedaan. Zoals Göran Pilbratt, ESA's Herschel-projectwetenschapper, voegde toe:
"Deze studie suggereert dat de kenmerkende mierennevel zoals we die nu zien, is ontstaan door de complexe aard van een dubbelstersysteem, dat de vorm, chemische eigenschappen en evolutie in deze laatste stadia van het leven van een ster beïnvloedt. Herschel bood de perfecte observatiemogelijkheden om deze buitengewone laser in de mierennevel te detecteren. De bevindingen zullen helpen om de omstandigheden waaronder dit fenomeen zich voordoet te beperken en ons te helpen onze modellen van stellaire evolutie te verfijnen. Het is ook een gelukkige conclusie dat de Herschel-missie Menzel's twee ontdekkingen van bijna een eeuw geleden met elkaar kon verbinden. "
Ruimtetelescopen van de volgende generatie die ons meer zouden kunnen vertellen over de planetaire nevel en de levenscycli van sterren, waaronder de James Webb Space Telescope (JWST). Zodra deze telescoop in 2020 de ruimte in gaat, zal hij zijn geavanceerde infraroodmogelijkheden gebruiken om objecten te zien die anders worden verduisterd door gas en stof. Deze studies zouden veel kunnen onthullen over de inwendige structuren van nevels en misschien licht werpen op de reden waarom ze periodiek "ruimtelasers" afschieten.
