Un antico, la stella gigante rossa in preda a una morte gelida ha prodotto l'oggetto più freddo conosciuto nel cosmo:la Nebulosa Boomerang. Come questa stella sia stata in grado di creare un ambiente sorprendentemente più freddo della temperatura di fondo naturale dello spazio profondo è stato un mistero avvincente per più di due decenni.

La risposta, secondo gli astronomi che utilizzano l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), può essere che una piccola stella compagna si sia tuffata nel cuore della gigante rossa, espellendo la maggior parte della materia della stella più grande come un flusso ultra-freddo di gas e polvere.

Questo deflusso si sta espandendo così rapidamente - circa 10 volte più veloce di quanto una singola stella potrebbe produrre da sola - che la sua temperatura è scesa a meno di mezzo grado Kelvin (meno 458,5 gradi Fahrenheit). Zero gradi Kelvin è noto come zero assoluto, il punto in cui si ferma tutto il movimento termodinamico.

Le osservazioni di ALMA hanno permesso ai ricercatori di svelare questo mistero fornendo i primi calcoli precisi dell'estensione della nebulosa, età, messa, ed energia cinetica.

"Questi nuovi dati ci mostrano che la maggior parte dell'involucro stellare della gigantesca gigante rossa è stata lanciata nello spazio a velocità ben oltre le capacità di una singola, stella gigante rossa, " disse Raghvendra Sahai, un astronomo del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, e autore principale di un articolo apparso su Giornale Astrofisico . "L'unico modo per espellere così tanta massa e a velocità così estreme è dall'energia gravitazionale di due stelle interagenti, il che spiegherebbe le proprietà sconcertanti del deflusso ultra-freddo." Tali intimi compagni potrebbero essere responsabili della scomparsa prematura e violenta della maggior parte delle stelle nell'universo, Sahai notato.

"Le proprietà estreme del Boomerang sfidano le idee convenzionali su tali interazioni e ci forniscono una delle migliori opportunità per testare la fisica dei sistemi binari che contengono una stella gigante, " aggiunge Wouter Vlemmings, un astronomo presso la Chalmers University of Technology in Svezia e coautore dello studio.

La Nebulosa Boomerang si trova a circa 5, 000 anni luce dalla Terra nella costellazione del Centauro. La stella gigante rossa al suo centro dovrebbe rimpicciolirsi e diventare più calda, infine ionizzando il gas intorno ad esso per produrre una nebulosa planetaria. Le nebulose planetarie sono oggetti abbaglianti creati quando stelle come il nostro sole (o alcune volte più grandi) perdono i loro strati esterni come un guscio in espansione verso la fine della loro vita alimentata dalla fusione nucleare. La Nebulosa Boomerang rappresenta le primissime fasi di questo processo, una cosiddetta nebulosa preplanetaria.

Quando la Nebulosa Boomerang fu osservata per la prima volta nel 1995, gli astronomi notarono che stava assorbendo la luce del Cosmic Microwave Background, che è la radiazione residua del Big Bang. Questa radiazione fornisce la temperatura di fondo naturale dello spazio, solo 2,725 gradi sopra lo zero assoluto. Perché la Nebulosa Boomerang assorba quella radiazione, doveva essere ancora più freddo di questo indugiare, energia fioca che si raffredda continuamente da oltre 13 miliardi di anni.

Le nuove osservazioni di ALMA hanno prodotto anche un'immagine evocativa di questa nebulosa pre-planetaria, che mostra un deflusso a forma di clessidra all'interno di un deflusso ultra-freddo approssimativamente rotondo. Il deflusso della clessidra si estende per più di tre trilioni di chilometri da un capo all'altro (circa 21, 000 volte la distanza dal Sole alla Terra), ed è il risultato di un getto che viene sparato dalla stella centrale, spazzando le regioni interne del deflusso ultra-freddo come uno spazzaneve.

L'uscita ultra-fredda è più di 10 volte più grande. Viaggiando a più di 150 chilometri al secondo, ha preso materiale ai suoi bordi esterni circa 3, 500 anni per raggiungere queste distanze estreme dopo essere stato espulso per la prima volta dalla stella morente.

Queste condizioni, però, non durerà a lungo. Anche adesso, la Nebulosa Boomerang si sta lentamente riscaldando.

"Vediamo questo straordinario oggetto in un momento molto speciale, periodo molto breve della sua vita, " ha osservato Lars-Åke Nyman, un astronomo presso l'Osservatorio Congiunto ALMA di Santiago, Chile, e coautore del documento. "È possibile che questi congelatori super cosmici siano abbastanza comuni nell'universo, ma possono mantenere temperature così estreme solo per un tempo relativamente breve".