En uråldrig, röd jättestjärna i en kall död har producerat det kallaste kända föremålet i kosmos - Boomerangnebulosan. Hur denna stjärna kunde skapa en miljö som är slående kallare än den naturliga bakgrundstemperaturen i rymden har varit ett övertygande mysterium i mer än två decennier.

Svaret, enligt astronomer som använder Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), kan vara att en liten sällskapsstjärna har störtat in i hjärtat av den röda jätten, skjuter ut mest materia från den större stjärnan som ett ultrakallt utflöde av gas och damm.

Detta utflöde expanderar så snabbt - cirka 10 gånger snabbare än en enskild stjärna kunde producera på egen hand - att dess temperatur har sjunkit till mindre än en halv grad Kelvin (minus 458,5 grader Fahrenheit). Noll grader Kelvin är känt som absolut noll, punkten där all termodynamisk rörelse stannar.

ALMA-observationerna gjorde det möjligt för forskarna att reda ut detta mysterium genom att tillhandahålla de första exakta beräkningarna av nebulosans utbredning, ålder, massa, och kinetisk energi.

"Dessa nya data visar oss att det mesta av stjärnhöljet från den massiva röda jättestjärnan har sprängts ut i rymden med hastigheter långt över kapaciteten för en enda, röd jättestjärna, " sa Raghvendra Sahai, en astronom vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, och huvudförfattare på ett papper som visas i Astrofysisk tidskrift . "Det enda sättet att kasta ut så mycket massa och vid så extrema hastigheter är från gravitationsenergin från två interagerande stjärnor, vilket skulle förklara de förbryllande egenskaperna hos det ultrakalla utflödet." Sådana nära följeslagare kan vara ansvariga för den tidiga och våldsamma bortgången av de flesta stjärnor i universum, Sahai noterade.

"De extrema egenskaperna hos Boomerang utmanar de konventionella idéerna om sådana interaktioner och ger oss en av de bästa möjligheterna att testa fysiken hos binära system som innehåller en jättestjärna, " tillägger Wouter Vlemmings, en astronom vid Chalmers tekniska högskola i Sverige och medförfattare till studien.

Boomerangnebulosan ligger cirka 5, 000 ljusår från jorden i stjärnbilden Centaurus. Den röda jättestjärnan i dess centrum förväntas krympa och bli varmare, slutligen joniserar gasen runt den för att producera en planetarisk nebulosa. Planetariska nebulosor är bländande objekt som skapas när stjärnor som vår sol (eller några gånger större) fäller sina yttre lager som ett expanderande skal nära slutet av deras kärnfusionsdrivna liv. Boomerangnebulosan representerar de mycket tidiga stadierna av denna process, en så kallad pre-planetarisk nebulosa.

När Boomerangnebulosan först observerades 1995, astronomer noterade att den absorberade ljuset från den kosmiska mikrovågsbakgrunden, vilket är den överblivna strålningen från Big Bang. Denna strålning ger rymdens naturliga bakgrundstemperatur - endast 2,725 grader över absolut noll. För att Boomerangnebulosan ska absorbera den strålningen, det måste vara ännu kallare än detta kvardröjande, svag energi som kontinuerligt har svalnat i mer än 13 miljarder år.

De nya ALMA-observationerna producerade också en suggestiv bild av denna förplanetariska nebulosa, visar ett timglasformat utflöde inuti ett ungefär runt ultrakallt utflöde. Timglasutflödet sträcker sig mer än tre biljoner kilometer från ände till ände (cirka 21, 000 gånger avståndet från solen till jorden), och är resultatet av en jet som avfyras av den centrala stjärnan, sveper upp de inre delarna av det ultrakalla utflödet som en snöplog.

Det ultrakalla utflödet är mer än 10 gånger större. Reser mer än 150 kilometer per sekund, den tog material vid sina ytterkanter ungefär 3, 500 år att nå dessa extrema avstånd efter att den först kastades ut från den döende stjärnan.

Dessa förhållanden, dock, kommer inte att hålla länge. Även nu, Boomerangnebulosan värms sakta upp.

"Vi ser detta anmärkningsvärda föremål vid ett mycket speciellt, mycket kortlivad period av sitt liv, " konstaterade Lars-Åke Nyman, en astronom vid Joint ALMA Observatory i Santiago, Chile, och medförfattare på tidningen. "Det är möjligt att dessa superkosmiska frysar är ganska vanliga i universum, men de kan bara upprätthålla sådana extrema temperaturer under en relativt kort tid."