Een eeuwenoude, rode reuzenster in de greep van een ijskoude dood heeft het koudste bekende object in de kosmos voortgebracht:de Boemerangnevel. Hoe deze ster in staat was een omgeving te creëren die opvallend kouder was dan de natuurlijke achtergrondtemperatuur van de diepe ruimte, is al meer dan twee decennia een meeslepend mysterie.

Het antwoord, volgens astronomen die de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruiken, kan zijn dat een kleine begeleidende ster in het hart van de rode reus is gedoken, waarbij de meeste materie van de grotere ster wordt uitgeworpen als een ultrakoude uitstroom van gas en stof.

Deze uitstroom breidt zich zo snel uit - ongeveer 10 keer sneller dan een enkele ster alleen zou kunnen produceren - dat de temperatuur is gedaald tot minder dan een halve graad Kelvin (min 458,5 graden Fahrenheit). Nul graden Kelvin staat bekend als het absolute nulpunt, het punt waarop alle thermodynamische beweging stopt.

Dankzij de ALMA-waarnemingen konden de onderzoekers dit mysterie ontrafelen door de eerste nauwkeurige berekeningen van de omvang van de nevel te geven, leeftijd, massa, en kinetische energie.

"Deze nieuwe gegevens laten ons zien dat het grootste deel van de stellaire envelop van de massieve rode reuzenster de ruimte is ingeschoten met snelheden die ver boven de mogelijkheden van een enkele, rode reuzenster, " zei Raghvendra Sahai, een astronoom bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, en hoofdauteur van een paper dat verschijnt in de Astrofysisch tijdschrift . "De enige manier om zoveel massa en met zulke extreme snelheden uit te stoten, is door de zwaartekracht van twee op elkaar inwerkende sterren, wat de raadselachtige eigenschappen van de ultrakoude uitstroom zou verklaren." Zulke naaste metgezellen kunnen verantwoordelijk zijn voor de vroege en gewelddadige ondergang van de meeste sterren in het universum, merkte Sahai op.

"De extreme eigenschappen van de Boomerang dagen de conventionele ideeën over dergelijke interacties uit en bieden ons een van de beste mogelijkheden om de fysica van binaire systemen die een gigantische ster bevatten, te testen, " voegt Wouter Vlemmings toe, een astronoom aan de Chalmers University of Technology in Zweden en co-auteur van de studie.

De Boomerangnevel bevindt zich ongeveer 5, 000 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Centaurus. De rode reuzenster in het midden zal naar verwachting krimpen en heter worden, uiteindelijk ioniseert het gas eromheen om een ​​planetaire nevel te produceren. Planetaire nevels zijn oogverblindende objecten die ontstaan ​​zijn wanneer sterren zoals onze zon (of een paar keer groter) hun buitenste lagen afwerpen als een uitdijende schil tegen het einde van hun door kernfusie aangedreven leven. De Boemerangnevel vertegenwoordigt de zeer vroege stadia van dit proces, een zogenaamde preplanetaire nevel.

Toen de Boomerangnevel voor het eerst werd waargenomen in 1995, astronomen merkten op dat het het licht van de kosmische microgolfachtergrond absorbeerde, dat is de overgebleven straling van de oerknal. Deze straling zorgt voor de natuurlijke achtergrondtemperatuur van de ruimte - slechts 2,725 graden boven het absolute nulpunt. Om de Boomerangnevel die straling te laten absorberen, het moest nog kouder zijn dan dit slepende, zwakke energie die al meer dan 13 miljard jaar voortdurend afkoelt.

De nieuwe ALMA-waarnemingen leverden ook een suggestief beeld op van deze pre-planetaire nevel, met een zandlopervormige uitstroom in een ruwweg ronde ultrakoude uitstroom. De uitstroom van de zandloper strekt zich uit over meer dan drie biljoen kilometer van begin tot eind (ongeveer 21, 000 keer de afstand van de zon tot de aarde), en is het resultaat van een jet die wordt afgevuurd door de centrale ster, de binnenste regionen van de ultrakoude uitstroom opvegen als een sneeuwploeg.

De ultrakoude uitstroom is meer dan 10 keer groter. Reizen met meer dan 150 kilometer per seconde, het nam materiaal aan de buitenranden ongeveer 3, 500 jaar om deze extreme afstanden te bereiken nadat het voor het eerst van de stervende ster was uitgeworpen.

deze voorwaarden, echter, zal niet lang duren. Zelfs nu, de Boomerangnevel warmt langzaam op.

"We zien dit opmerkelijke object op een heel bijzonder, zeer korte periode van zijn leven, " merkte Lars-Åke Nyman op, een astronoom bij de Joint ALMA Observatory in Santiago, Chili, en co-auteur van het papier. "Het is mogelijk dat deze superkosmische diepvriezers heel gewoon zijn in het universum, maar ze kunnen zulke extreme temperaturen maar relatief kort volhouden."