Gisteren, 31 oktober, was het Halloween. Ik loop niet warm voor Halloween, mede omdat langs huizen gaan met lampionnen mij meer doet denken aan Sint Maarten dan aan Halloween. Tijdens mijn verblijf in Boston, merkte ik dat dit in Amerika wel anders is. Halloween is groot, heel groot. Er worden veel feesten gegeven en horden mensen trotseren de kou.
Wat heeft Halloween met ALMA te maken? Amerikaanse wetenschappers hebben met ALMA de koudste plek in het heelal bekeken. De temperatuur die in de Boomerangnevel is gemeten is slechts 1 graad boven het absolute nulpunt, dus -272 graden Celsius. Vermoedelijk is de temperatuur van sommige delen van de nevel nog lager.
Het resultaat van de ALMA-waarnemingen is een spookachtig plaatje. Het blauwgekleurde gas is eerder waargenomen met de Hubble-ruimtetelescoop. Het rode ‘spook’ zijn de ALMA waarnemingen van het superkoude gas. Het spookachtige plaatje zal in veel Ghost Hunterprogramma’s niet misstaan als bewijs.
Het superkoude gas is onzichtbaar voor alle telescopen behalve ALMA doordat het nauwelijks straling produceert. We zijn er alleen achter gekomen dat het gas zo koud moest zijn omdat zelfs de kosmische achtergrondstraling van -270 graden Celsius werd geabsorbeerd door dergelijke objecten.
De koudste plekken in het heelal zijn dus niet de lege plekken tussen de sterren of tussen melkwegstelsels. Ook de kosmische achtergrondstraling die overal aanwezig is, is warmer dan het superkoude gas in de Boomerangnevel. Door de uitdijing van het heelal is de temperatuur van deze straling heel langzaam gedaald tot 3 graden (2.7 graden om precies te zijn) boven het absolute nulpunt.
In laboratoria is het al heel lang mogelijk om temperaturen lager dan -270 graden Celsius te bereiken. De makkelijkste methode is om een gas dat nauwelijks reacties aangaat met andere chemische stoffen heel snel te laten uitzetten in een vacuüm. Elke keukenvriezer werkt volgens deze methode. Sinds 1995 is het bekend dat deze koelmethode ook in het heelal kan plaatsvinden, en wel op de laatste plaats waar je dit zou verwachten.
Veelal associëren mensen de dood van een ster met supernova’s waarbij veel energie vrijkomt. Sterren die niet zwaar genoeg zijn om supernova te gaan, maar zwaar genoeg zijn om zwaardere elementen te produceren, kunnen in een fase terechtkomen die bekend staat als protoplanetaire nevel. Deze fase volgt op de rode reuzenfase, waarin de ster een groot deel van zijn buitenlagen heeft afgestoten. Als de ster weer krimpt zal hij een deel van zijn overgebleven buitenlagen nog een keer afstoten, maar met een veel hogere snelheid dan tijdens de rode reuzenfase. Doordat de tweede gaslaag botst met de eerste gaslaag ontstaan vreemde vormen en mooie kleuren.
Soms zitten er openingen in de eerste gaslaag. Het hoge snelheidsgas van de tweede gaslaag kan direct door deze openingen heen, naar de interstellaire ruimte. In deze ruimte krijg je bijna precies het keukenvriezereffect: het gas zet uit in het vacuüm en koelt af tot extreem lage temperaturen. In de Boomerangnevel is dit effect zo efficiënt dat de temperatuur lager is dan de kosmische achtergrondstraling. Zie het maar als een op hol geslagen vriezer.
Tim van Kempen is onderzoeker aan de Sterrewacht Leiden en werkt sinds juli 2010 voor en met ALMA. Na twee jaar in Chili te hebben meegwerkt aan het testen van ALMA, is hij sinds kort terug in Nederland. In dit blog bespreekt hij de techniek van ALMA en licht hij de eerste wetenschappelijke resultaten toe.