ALMA SVELA LA FORMA DELLA NEBULOSA BOOMERANG

Il fantasmino più freddo dell’Universo

Nuove osservazioni con il radiotelescopio ALMA svelano la forma nascosta della nebulosa planetaria Boomerang che, alla temperatura di 1 grado Kelvin, è l’oggetto cosmico più freddo conosciuto. La forma a lobo osservata in precedenza da altri strumenti è in realtà parte di una forma più ampia, che ricorda un po' le immagini dei fantasmi nei fumetti.

Immagine composite della nebulosa planetaria Boomerang. La struttura blu di sfondo, osservata in luce visibile da Hubble, mostra una classica struttura bilobata con una regione centrale molto sottile. L’immagine ALMA, in rosso, rivela una forma tondeggiante più allungata. Crediti: Bill Saxton; NRAO/AUI/NSF; NASA/Hubble; Raghvendra Sahai

Immagine composita della nebulosa planetaria Boomerang. La struttura blu di sfondo, osservata in luce visibile da Hubble, mostra una classica struttura bilobata con una regione centrale molto sottile. L’immagine ALMA, in rosso, rivela una forma tondeggiante più allungata. Crediti: Bill Saxton; NRAO/AUI/NSF; NASA/Hubble; Raghvendra Sahai

Detiene da tempo il record come posto più freddo dell’Universo: la nebulosa Boomerang è una specie di frigorifero cosmico, dove il gas in rapida espansione ha raggiunto l’abissale temperatura di 1 grado Kelvin (meno 272 gradi sotto lo zero Celsius), persino più fredda dell’algido bagliore residuo del Big Bang, il fondo cosmico in microonde a 2,8 gradi Kelvin.

La nebulosa Boomerang deve il nome alla forma lobata e leggermente asimmetrica desunta dalle prime osservazioni effettuate con telescopi terrestri. Successive immagini del 2003 ottenute dal telescopio spaziale Hubble hanno poi svelato i dettagli di una delicata struttura a clessidra, che ricorda anche le sgargianti ali di una farfalla in ulteriori osservazioni del 2005.

Ora, grazie al radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) dell’Eso in Cile, un gruppo di astronomi ha ottenuto una nuova visione di questo affascinante oggetto cosmico, svelandone la sua vera forma.

Una forma che nelle lunghezze d’onda a cui è sensibile ALMA appare quasi come un misterioso “fantasmino”, un’inconsistente presenza che invece dà molta solidità alla comprensione della sua fredda natura.

«Quella che sembrava una forma a doppio lobo – o a boomerang appunto – vista da Terra con telescopi ottici, è in realtà una struttura molto più ampia che si sta rapidamente espandendo nello spazio» sintetizza Raghvendra Sahai, ricercatore del Jet Propulsion Laboratory della NASA e primo autore dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal.

La nebulosa Boomerang, localizzata a circa 5.000 anni luce di distanza nella costellazione del Centauro, è un esemplare relativamente giovane di nebulosa planetaria. Contrariamente a quanto suggerisce il nome, le nebulose planetarie rappresentano la fase finale di vita per le stelle di dimensioni simili al nostro Sole, quando si spogliano progressivamente dei loro strati di gas più esterni. Ciò che rimane al centro sono stelle nane bianche che emettono un’intensa radiazione ultravioletta. Sotto questa pioggia di radiazioni, il gas diventa luminescente in una gamma sfavillante di colori .

Questa nebulosa in particolare è ancora nello stadio cosiddetto pre-planetario, una fase in cui la stella centrale non è ancora diventata abbastanza calda da poter emettere sufficiente radiazione ultravioletta e produrre il caratteristico bagliore. In questa fase, la nebulosa può essere osservata attraverso la riflessione della luce stellare su grani di polvere circostanti.

La forma a clessidra osservata da Hubble – in questa come in altre nebulose planetarie – è il risultato di flussi di plasma ad alta velocità emessi dalla stella centrale, getti che scavano dei buchi nella circostante nuvola di gas, precedentemente espulsa dalla stella quando si trovava nella fase di gigante rossa.

Tuttavia, altre osservazioni effettuate nelle lunghezze d’onda millimetriche non hanno confermato che la nebulosa Boomerang possieda davvero un “vitino da vespa”, ma hanno rivelato piuttosto una “pancia” sferoidale e piuttosto uniforme.

La risoluzione senza precedenti del radiotelescopio ALMA ha permesso di ricomporre questa discrepanza. Osservando la distribuzione delle molecole di monossido di carbonio – che risplende appunto nelle lunghezze d’onda attorno al millimetro – gli astronomi sono stati in grado di rilevare la struttura a doppio lobo vista da Hubble, ma solamente nelle regioni centrali della nebulosa. Più esternamente, è stata invece osservata un’estesa nube di gas di forma approssimativamente tondeggiante.

Il gruppo di ricerca ha anche scoperto una densa striscia di grani di polvere, grandi pochi millimetri, che avvolge la stella e che fornisce una spiegazione alla sua forma a clessidra osservabile in luce visibile. I granelli di polvere hanno creato una maschera che nasconde una porzione della stella centrale, facendo in modo che la sua luce filtri nella nebulosa solamente in porzioni ristrette e opposte.

«Tutto questo è importante per capire come le stelle muoiano e divengano nebulose planetarie» commenta Sahai. «Utilizzando ALMA, siamo stati in grado, letteralmente e figurativamente, di gettare nuova luce sugli spasmi finali di una stella simile al nostro Sole.»

La nuova ricerca indica anche che le propaggini esterne della nebulosa stanno cominciando a riscaldarsi, benché siano ancora più fredde del fondo cosmico in microonde. Questo riscaldamento, secondo i ricercatori, può essere dovuto all’effetto fotoelettrico, un fenomeno fisico per cui un materiale solido emette elettroni quando colpito da fotoni di sufficiente energia.