כשכוכבים בעלי משקל בינוני-משקל בינוני כמו השמש שלנו מתקרבים לסוף מחזור חייהם הם בסופו של דבר משליכים את שכבותיהם החיצוניות, ומשאירים אחריהם כוכב ננס לבן וצפוף. שכבות חיצוניות אלה הפכו לענן מסיבי של אבק וגז, המאופיין בצבעים עזים ובדפוסים מורכבים, המכונים ערפילית פלנטרית. ביום מן הימים, השמש שלנו תהפוך לערפילית כזו, שכזו שאפשר לראות ממרחק שנות האור.
תהליך זה, בו כוכב גוסס מוליד ענן אבק מאסיבי, כבר היה ידוע שהוא יפה ומעורר השראה בזכות תמונות רבות שצולמו על ידי האבל. עם זאת, לאחר צפייה בערפילית נמלים המפורסמת עם סוכנות החלל האירופית (ESA) מצפה החלל הרשלצוות אסטרונומים גילה פליטת לייזר יוצאת דופן המרמזת על קיומה של מערכת כוכבים כפולה במרכז הערפילית.
המחקר שכותרתו "הרשל סקר הערפילית הפלנטרית (HerPlaNS): קווי לייזר רקומבינציה למימן Mz 3 “, הופיעו לאחרונה ב הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה. המחקר הובל על ידי איזבל אלמן מאוניברסיטת סאו פאולו ומצפה הכוכבים ליידן, וכלל חברים מהמרכז המדעי של הרשל, מצפה הכוכבים האסטרופיסי של סמיתסוניאן, מכון האסטרונומיה והאסטרופיזיקה, ומהאוניברסיטאות המרובות.
ערפילית הנמלה (aka Mz 3) היא ערפילית פלנטרית דו קוטבית צעירה שנמצאת בקבוצת הכוכבים נורמה, ולוקחת את שמה מאונות הגזים והאבק התאומים הדומים לראש וגופו של נמלה. בעבר צילמה הטבע היפה והמורכב של הערפילית הזו על ידי נאס"א / ESA טלסקופ החלל האבל. מהנתונים החדשים שהשיג הרשל עולה גם כי ערפילית נמלים קורנת פליטות לייזר אינטנסיביות מליבה.
בחלל מתגלים פליטות לייזר אינפרא אדום באורכי גל שונים מאוד ורק בתנאים מסוימים, ורק מעטים מלייזרי חלל אלה ידועים. באופן מעניין, היה זה האסטרונום דונלד מנזל - שצפה וסיווג לראשונה את ערפילית הנמלה בשנת 1920 (ומכאן שמכונה באופן רשמי "מנזל 3" אחריו) - שהיה בין הראשונים שהציעו לייזרים עלולים להופיע בערפילית.
לדברי מנזל, בתנאים מסוימים "הגברת האור הטבעית על ידי פליטת הקרינה המגורה" (המכונה מאיפה אנו מקבלים את המונח לייזר) תתרחש בחלל. זה היה הרבה לפני גילוי לייזרים במעבדות, אירוע שנחגג מדי שנה ב- 16 במאי, המכונה יום האור הבינלאומי של אונסק"ו. כיוון שכך, היה זה מתאים מאוד כי מאמר זה פורסם גם ב- 16 במאי, וחגג את התפתחות הלייזר ומגלהו, תיאודור מימן.
כפי שתיארה איזבל אלמן, המחברת הראשית של מאמר, את התוצאות:
"כשאנו מתבוננים במנזל 3 אנו רואים מבנה מורכב להפליא המורכב מגז מיונן, אך איננו יכולים לראות שהאובייקט במרכזו מייצר דפוס זה. בזכות הרגישות וטווח אורך הגל הרחב של מצפה הכוכבים הרשל, גילינו פליטה נדירה ביותר הנקראת פליטת לייזר בשיקום המימן, אשר סיפקה דרך לחשוף את מבנה הערפילית ואת מצבה הגופני. "
"פליטה כזו זוהתה רק בקומץ חפצים בעבר וזה צירוף מקרים שמח שגילינו את סוג הפליטה שמנזל הציע, באחד הערפיליות הפלנטאיות שגילה", הוסיפה.
סוג פליטת הלייזר שהם צפו זקוק לגז צפוף מאוד קרוב לכוכב. על ידי השוואה בין תצפיות ממצפה הרשל לדגמים של ערפילית פלנטרית, הצוות מצא כי צפיפות הגז הפולט לייזרים הייתה צפופה פי עשרת אלפים מהגז שנראה בערפיליות פלנטאריות טיפוסיות, ובאונות ערפילית הנמלה עצמה.
בדרך כלל, האזור הקרוב לכוכב המת - במקרה זה, בערך המרחק בין שבתאי לשמש - הוא ריק למדי מכיוון שהחומר שלו נפלט החוצה לאחר שהכוכב עבר לסופרנובה. כל גז מתמשך ייפול עליו בקרוב. אולם כפי שניסח זאת פרופסור אלברט זיילסטרה, מהמרכז לבנק ג'ודרל לאסטרופיזיקה וסופר משותף למחקר.
"הדרך היחידה לשמור על גז כה צפוף לכוכב היא אם הוא מקיף סביבו בדיסק. בערפילית זו ראינו למעשה דיסק צפוף במרכז שנראה ממש בקצה. כיוון זה מסייע בהגברת אות הלייזר. הדיסק מציע שיש בן לוויה בינארי, מכיוון שקשה לגרום לגז שנפלט לעבור למסלול אלא אם כן כוכב לוויה מסיט אותו בכיוון הנכון. הלייזר נותן לנו דרך ייחודית לחקור את הדיסק סביב הכוכב הגוסס, עמוק בתוך הערפילית הפלנטרית. "
בעוד שהאסטרונומים טרם ראו את הכוכב השני הצפוי, הם מקווים כי סקרים עתידיים יוכלו לאתר אותו ובכך לחשוף את מקורם של הלייזרים המסתוריים של ערפילית הנמלה. בכך הם יוכלו לחבר בין שתי תגליות (כלומר ערפילית פלנטרית ולייזר) שנעשו על ידי אותו אסטרונום לפני למעלה ממאה שנה. כפי שגורן פילברט, מדען פרויקט הרשל של ESA, הוסיף:
"מחקר זה מציע כי ערפילית הנמלה הייחודית כפי שאנו רואים אותה כיום נוצרה על ידי האופי המורכב של מערכת כוכבים בינארית, שמשפיעה על הצורה, התכונות הכימיות וההתפתחות שלה בשלבים האחרונים של חיי הכוכב. הרשל הציע את יכולות הצפייה המושלמות לזהות לייזר יוצא דופן זה בערפילית הנמלה. הממצאים יסייעו בהגבלת התנאים שבהם תופעה זו מתרחשת, ועוזרים לנו לחדד את המודלים שלנו להתפתחות מהממים. זו גם מסקנה שמחה שמשימת הרשל הצליחה לחבר בין שתי התגליות של מנזל מלפני כמעט מאה שנה. "
טלסקופי חלל מהדור הבא שיכולים לספר לנו יותר על ערפילית פלנטרית ומחזורי החיים של הכוכבים כוללים את טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST). ברגע שהטלסקופ הזה ייקח לחלל בשנת 2020, הוא ישתמש ביכולות האינפרא אדום המתקדמות שלו בכדי לראות אובייקטים שמוסווים אחרת על ידי גז ואבק. מחקרים אלה יכלו לחשוף הרבה אודות המבנים הפנימיים של ערפיליות, ואולי לשפוך אור מדוע הם מפטרים מעת לעת "לייזרי חלל".
