Khi các ngôi sao từ thấp đến trung bình như Mặt trời của chúng ta đến gần cuối vòng đời, cuối cùng chúng thoát khỏi lớp ngoài của chúng, để lại một ngôi sao lùn trắng dày đặc. Những lớp bên ngoài này trở thành một đám mây bụi và khí khổng lồ, được đặc trưng bởi màu sắc tươi sáng và hoa văn phức tạp, được gọi là tinh vân hành tinh. Một ngày nào đó, Mặt trời của chúng ta sẽ biến thành một tinh vân như vậy, một tinh thể có thể nhìn từ những năm ánh sáng.
Quá trình này, nơi một ngôi sao sắp chết tạo ra một đám mây bụi khổng lồ, đã được biết đến là vô cùng đẹp và truyền cảm hứng nhờ nhiều hình ảnh được chụp bởi Hubble. Tuy nhiên, sau khi xem Tinh vân Ant nổi tiếng với Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) Đài quan sát không gian Herschel, một nhóm các nhà thiên văn học đã phát hiện ra sự phát xạ laser bất thường cho thấy rằng có một hệ thống sao đôi ở trung tâm của tinh vân.
Nghiên cứu có tiêu đềHoa cúc Khảo sát tinh vân hành tinh (HerPlaNS): các dòng laser tái hợp hydro trong Mz 3 hung, gần đây đã xuất hiện trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Isabel Aleman thuộc Đại học São Paulo và Đài thiên văn Leiden, và bao gồm các thành viên từ Trung tâm Khoa học Herschel, Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian, Viện Thiên văn học và Vật lý thiên văn, và nhiều trường đại học.
Tinh vân Ant (hay còn gọi là Mz 3) là một tinh vân hành tinh lưỡng cực trẻ nằm trong chòm sao Norma, và lấy tên từ hai thùy khí và bụi giống như đầu và cơ thể của một con kiến. Trong quá khứ, bản chất đẹp và phức tạp của tinh vân này đã được NASA / ESA chụp lại Kính thiên văn vũ trụ Hubble. Dữ liệu mới thu được bởi Herschel cũng chỉ ra rằng Ant Nebula phát ra tia laser cực mạnh từ lõi của nó.
Trong không gian, phát xạ laser hồng ngoại được phát hiện ở các bước sóng rất khác nhau và chỉ trong một số điều kiện nhất định, và chỉ một vài trong số các laser không gian này được biết đến. Thật thú vị, đó là nhà thiên văn học Donald Menzel - người đầu tiên quan sát và phân loại Tinh vân Ant vào năm 1920 (do đó tại sao nó được gọi chính thức là Menzel 3 sau ông) - một trong những người đầu tiên cho rằng laser có thể xảy ra trong tinh vân.
Theo Menzel, trong những điều kiện nhất định, sự khuếch đại ánh sáng tự nhiên bằng cách phát ra bức xạ kích thích của bức xạ (hay còn gọi là nơi chúng ta có thuật ngữ laser) sẽ xuất hiện trong không gian. Điều này đã xảy ra rất lâu trước khi phát hiện ra tia laser trong các phòng thí nghiệm, một dịp được tổ chức hàng năm vào ngày 16 tháng 5, được gọi là Ngày Quốc tế Ánh sáng của UNESCO. Do đó, rất phù hợp khi bài báo này cũng được xuất bản vào ngày 16 tháng 5, kỷ niệm sự phát triển của tia laser và người phát hiện ra nó, Theodore Maiman.
Như Isabel Aleman, tác giả chính của một bài báo, đã mô tả kết quả:
Khi chúng ta quan sát Menzel 3, chúng ta thấy một cấu trúc phức tạp đáng kinh ngạc được tạo thành từ khí ion hóa, nhưng chúng ta không thể thấy vật thể ở trung tâm của nó tạo ra mô hình này. Nhờ độ nhạy và phạm vi bước sóng rộng của đài thiên văn Herschel, chúng tôi đã phát hiện ra một loại phát xạ rất hiếm gọi là phát xạ laser đường tái tổ hợp hydro, cung cấp một cách để tiết lộ cấu trúc tinh vân và điều kiện vật lý.
Phát xạ như vậy chỉ được xác định trong một số ít vật thể trước đây và thật trùng hợp khi chúng tôi phát hiện ra loại phát xạ mà Menzel đề xuất, trong một trong những tinh vân hành tinh mà ông phát hiện ra, cô nói thêm.
Loại phát xạ laser mà họ quan sát thấy cần khí rất đậm đặc gần ngôi sao. Bằng cách so sánh các quan sát từ đài thiên văn Herschel với các mô hình tinh vân hành tinh, nhóm nghiên cứu nhận thấy mật độ của khí phát ra các tia laser dày hơn khoảng mười nghìn lần so với khí nhìn thấy trong tinh vân hành tinh điển hình và trong thùy của tinh vân Ant.
Thông thường, khu vực gần với ngôi sao chết - trong trường hợp này, khoảng cách giữa Sao Thổ và Mặt Trời - khá trống rỗng vì vật chất của nó bị đẩy ra ngoài sau khi ngôi sao đi siêu tân tinh. Bất kỳ khí kéo dài sẽ sớm rơi trở lại vào nó. Nhưng như Giáo sư Albert Zijlstra, từ Trung tâm Vật lý thiên văn Jodrell và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã đưa ra:
Cách duy nhất để giữ khí dày đặc như vậy gần ngôi sao là nếu nó quay quanh nó trong một đĩa. Trong tinh vân này, chúng tôi thực sự đã quan sát thấy một đĩa dày đặc ở chính giữa được nhìn thấy ở cạnh trên. Định hướng này giúp khuếch đại tín hiệu laser. Đĩa cho thấy có một người bạn đồng hành nhị phân, bởi vì thật khó để đưa khí được đẩy ra quỹ đạo trừ khi một ngôi sao đồng hành làm lệch hướng nó đi đúng hướng. Tia laser cho chúng ta một cách độc đáo để thăm dò đĩa xung quanh ngôi sao đang hấp hối, sâu bên trong tinh vân hành tinh.
Mặc dù các nhà thiên văn học chưa nhìn thấy ngôi sao thứ hai được mong đợi, họ hy vọng rằng các cuộc khảo sát trong tương lai sẽ có thể xác định được vị trí của nó, do đó tiết lộ nguồn gốc của tia laser bí ẩn Ant Nebula. Khi làm như vậy, họ sẽ có thể kết nối hai khám phá (tức là tinh vân hành tinh và laser) được thực hiện bởi cùng một nhà thiên văn học hơn một thế kỷ trước. Như Gotran Pilbratt, nhà khoa học dự án ESA từ Herschel, nói thêm:
Nghiên cứu này cho thấy rằng Tinh vân Ant đặc biệt như chúng ta thấy ngày nay được tạo ra bởi bản chất phức tạp của hệ sao nhị phân, ảnh hưởng đến hình dạng, tính chất hóa học và sự tiến hóa trong các giai đoạn cuối cùng của cuộc sống sao. Herschel cung cấp khả năng quan sát hoàn hảo để phát hiện tia laser phi thường này trong Tinh vân Ant. Các phát hiện sẽ giúp hạn chế các điều kiện theo đó hiện tượng này xảy ra và giúp chúng tôi tinh chỉnh các mô hình tiến hóa của sao. Đó cũng là một kết luận vui rằng sứ mệnh của Herschel đã có thể kết nối với nhau hai phát hiện của Menzel trộm từ gần một thế kỷ trước.
Các kính viễn vọng không gian thế hệ tiếp theo có thể cho chúng ta biết nhiều hơn về tinh vân hành tinh và vòng đời của các ngôi sao bao gồm Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST). Một khi kính viễn vọng này được đưa lên vũ trụ vào năm 2020, nó sẽ sử dụng các khả năng hồng ngoại tiên tiến của nó để xem các vật thể bị che khuất bởi khí và bụi. Những nghiên cứu này có thể tiết lộ nhiều về cấu trúc bên trong của tinh vân, và có lẽ làm sáng tỏ lý do tại sao chúng định kỳ bắn ra các tia laser không gian của Hồi giáo.
