Tinh vân Boomerang, một tinh vân nguyên sinh được tạo ra bởi một ngôi sao khổng lồ đỏ đang chết dần (nằm cách Trái đất khoảng 5000 năm ánh sáng), là một bí ẩn hấp dẫn đối với các nhà thiên văn học từ năm 1995. Đó là vào thời điểm này, nhờ một nhóm sử dụng Kính viễn vọng Submillimetre (SESTI) 15 mét của Thụy Điển hiện đang ngừng hoạt động ở Chile, rằng tinh vân này được biết đến như là vật thể lạnh nhất trong Vũ trụ được biết đến.
Và bây giờ, hơn 20 năm sau, chúng ta có thể biết tại sao. Theo một nhóm các nhà thiên văn học đã sử dụng Atacama Large Millimét / Subillim Array (ALMA) - nằm ở sa mạc Atacama ở phía bắc Chile - câu trả lời có thể liên quan đến một ngôi sao nhỏ đồng hành lao vào người khổng lồ đỏ. Quá trình này có thể đã đẩy ra hầu hết các vật chất sao lớn hơn, tạo ra luồng khí và bụi cực lạnh trong quá trình này.
Kết quả nghiên cứu của nhóm xuất hiện trong một bài báo có tựa đề là Nơi lạnh nhất trong vũ trụ: Phát hiện dòng chảy cực lạnh và đĩa bụi trong Boomerang Nebula, xuất hiện gần đây trong Tạp chí vật lý thiên văn. Được dẫn dắt bởi Raghvendra Sahai, một nhà thiên văn học tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA, họ cho rằng sự giãn nở nhanh chóng của loại khí này là nguyên nhân khiến nó trở nên rất lạnh.
Được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1980 bởi một nhóm các nhà thiên văn học sử dụng kính viễn vọng Anh-Úc tại Đài thiên văn Siding Spring, bí ẩn của tinh vân này trở nên rõ ràng khi các nhà thiên văn lưu ý rằng nó dường như hấp thụ ánh sáng của Nền vi sóng vũ trụ (CMB). Bức xạ nền này, là năng lượng còn lại từ Vụ nổ lớn, cung cấp nhiệt độ nền tự nhiên của không gian - 2.725 K (HP270.4 ° C; -454.7 ° F).
Để Tinh vân Boomerang hấp thụ bức xạ đó, nó phải lạnh hơn cả CMB. Các quan sát sau đó cho thấy thực tế đây là trường hợp, vì tinh vân có nhiệt độ dưới nửa độ K (-272,5 ° C; -458,5 ° F). Lý do cho điều này, theo nghiên cứu gần đây, liên quan đến đám mây khí kéo dài từ ngôi sao trung tâm đến khoảng cách 21.000 AU (gấp 21 nghìn lần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời).
Đám mây khí - là kết quả của một máy bay phản lực đang được ngôi sao trung tâm bắn ra - đang mở rộng với tốc độ nhanh hơn khoảng 10 lần so với những gì một ngôi sao có thể tự tạo ra. Sau khi tiến hành các phép đo với ALMA cho thấy các khu vực của dòng chảy chưa từng thấy trước đây (khoảng cách khoảng 120.000 AU), nhóm nghiên cứu đã kết luận rằng đây là điều khiến nhiệt độ xuống mức thấp hơn so với bức xạ nền
Họ còn lập luận rằng đây là kết quả của việc ngôi sao trung tâm đã va chạm với một người bạn đồng hành nhị phân trong quá khứ, và thậm chí có thể suy luận ra điều chính xảy ra trước khi điều này xảy ra. Cái đầu tiên, họ tuyên bố, là một nhánh khổng lồ đỏ (RGB) hoặc ngôi sao RGB sớm - tức là một ngôi sao trong giai đoạn cuối của vòng đời - sự giãn nở của nó khiến cho người bạn đồng hành nhị phân của nó bị kéo bởi lực hấp dẫn của nó.
Ngôi sao đồng hành cuối cùng đã hợp nhất với lõi của nó, khiến cho dòng khí thoát ra bắt đầu. Như Raghvendra Sahai đã giải thích trong thông cáo báo chí NRAO:
Những dữ liệu mới này cho chúng ta thấy rằng hầu hết các phong bì sao từ ngôi sao khổng lồ đỏ khổng lồ đã bị thổi bay vào không gian với tốc độ vượt xa khả năng của một ngôi sao khổng lồ đỏ duy nhất. Cách duy nhất để đẩy ra rất nhiều khối lượng và với tốc độ cực cao như vậy là từ năng lượng hấp dẫn của hai ngôi sao tương tác, điều này sẽ giải thích các đặc tính khó hiểu của dòng chảy cực lạnh.
Những phát hiện này đã được thực hiện nhờ khả năng ALMA, cung cấp các phép đo chính xác về mức độ, tuổi tác, khối lượng và động năng của tinh vân. Ngoài ra, ngoài việc đo tốc độ dòng chảy, họ còn thu thập được rằng nó đã diễn ra trong khoảng 1050 đến 1925 năm. Các phát hiện cũng chỉ ra rằng ngày Boomerang Tinh vân là vật thể lạnh nhất trong Vũ trụ được biết đến có thể được đánh số.
Nhìn về phía trước, ngôi sao khổng lồ đỏ ở trung tâm dự kiến sẽ tiếp tục quá trình trở thành một tinh vân hành tinh - nơi các ngôi sao trút bỏ lớp ngoài của chúng để tạo thành lớp vỏ khí mở rộng. Về mặt này, nó được dự kiến sẽ co lại và nóng hơn, nó sẽ làm nóng tinh vân xung quanh nó và làm cho nó sáng hơn.
Như Lars-Åke Nyman, một nhà thiên văn học tại Đài thiên văn chung ALMA ở Santiago, Chile, và đồng tác giả trên tờ báo, cho biết:
Chúng tôi thấy đối tượng đáng chú ý này ở một giai đoạn rất đặc biệt, rất ngắn trong cuộc đời của nó. Có thể những chiếc tủ đông siêu vũ trụ này khá phổ biến trong vũ trụ, nhưng chúng chỉ có thể duy trì nhiệt độ khắc nghiệt như vậy trong một thời gian tương đối ngắn.
Những phát hiện này cũng có thể cung cấp những hiểu biết mới về một bí ẩn vũ trụ khác, đó là cách các ngôi sao khổng lồ và bạn đồng hành của chúng hành xử. Khi ngôi sao lớn hơn trong các hệ thống này tồn tại pha thứ tự chính của nó, nó có thể tiêu thụ người bạn đồng hành nhỏ hơn của mình và tương tự trở thành một máy làm lạnh vũ trụ Hồi giáo. Ở đây có giá trị của các đối tượng như Tinh vân Boomerang, thách thức các ý tưởng thông thường về sự tương tác của các hệ thống nhị phân.
Nó cũng cho thấy giá trị của các công cụ thế hệ tiếp theo như ALMA. Với khả năng quang học vượt trội và khả năng thu được nhiều thông tin có độ phân giải cao hơn, họ có thể cho chúng ta thấy một số điều chưa từng thấy về Vũ trụ của chúng ta, điều này chỉ có thể thách thức các quan niệm định sẵn của chúng ta về những gì có thể có ngoài đó.
