בתוך ערפילית הבומרנג שוררת מידת חום של מעלה אחת מעל האפס המוחלט, פחות מטמפרטורת הרקע של היקום 2.8 מעלות קלווין. התשובה נמצאת באפקט הפוטואלקטרי שעליו (ולא על תורת היחסות) זכה איינשטיין בפרס נובל
היכן נמצא המקום הקר ביותר ביקום? נכון לעכשיו התשובה היא ערפילית הבומרנג. הערפילית, הנמצאת בתוך שביל החלב, במרחק 5,000 שנות אור מאיתנו בקבוצת הקנטאור היא ערפילית קדם פלנטרית מידת החום שלה היא כמעלת קלווין אחת (סולם קלווין מתחיל באפס המוחלט ואין בו מעלות שליליות) או מינוס 272 מעלות צלזיוס.
מידת חום זו הופכת את הערפילית לקרה יותר אפילו מטמפרטורת הרקע של החלל (שמקורה כידוע במפץ הגדול). האסטרונומים גייסו לצורך חקר הערפילית את כוחו של מערך הטלסקופים אלמה (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), על מנת לספר לנו על תכונותיו הקרירות של העצם בעל הצורה הנדירה.
ערפילית הבומרנג שונה מכל שאר הגופים מסוגה בכל המובנים האפשריים. היא עדיין לא ערפילית פלנטרית. מקור האור והדלק שלה - הכוכב המרכזי - לא חם מספיק כדי לפלוט את כמות הקרינה האולטרה סגולה המאירה את כל המבנה. נכון לעכשיו, היא זוהרת בזכות אורו של כוכב מלווה המאיר את כל גרעיני האבק הסובבים אותה.
כאשר נצפתה לראשונה באור הנראה בטלסקופים קרקעיים, נראה כאילו הערפילית מוטית לצד אחד הדבר גרם למראה שנתן לה את שמה. תצפיות מעקב בידי טלסקופ החלל האבל חשף גם מבנה של זכוכית שעון. כעת התצפית החדשה של אלמה מספרת לנו שמה שראינו בתמונה של האבל היא רק חלק ממה שמתרחש וכי האונה הכפולה הנראית בנתונים הישנים יותר היא רק תוצאת טריק של אור, כפי שהדבר בא לידי ביטוי בארכי הגל של האור הנראה.
"עצם קר במיוחד זה מסקרן במיוחד, ואנו למדנו המון על הטבע האמיתי שלו בעזרת אלמה" אומר ראגוונדרה סהאי, חוקר ומדען ראשי במעבדה להינע סילוני של נאס"א בקליפורניה, והחוקר המוביל במאמר שפורסם באסטרופיסיקל ג'ורנל. "מה שנראה כמו אונה כפולה או תצורת בומרנג, מטלסקופים קרקעיים הוא למעשה חלק ממבנה נרחב הרבה יותר המתפשט במהירות בחלל."
מה גורם, איפוא, לבומרנג להיות כל כך קר? זו הזרימה היוצאת. הכוכב המרכזי מתפשט בקצב מטורף דבר המוריד את מידת החום תוך כדי התהליך. דוגמה לכך ניתן לראות במערכות מיזוג אוויר שמשתמשות בגז מתפשט כדי ליצור ליבה קרה וכאשר האוויר זורם דרכה, או במקר זה - הקליפה המתנפחת של הכוכב - האיזור סביב הליבה מתקרר. האסטרונומים הצליחו לקבוע כמה קר הגז בערפילית באמצעות חישוב הדרך שבה היא סופגת את קרינת המיקרוגל הקוסמית שמידת חומה 2.8 מעלות קלווין.
כאשר האסטרונומים התבוננו בעצם הזה בשנת 2003 בעזרת האבל, הם ראו דוגמה קלאסית לצורת השעון, אומר סהאי. "ערפיליות פלנטריות רבות מראות את מבנה האונה הכפולה שהיא תוצאה של גז הנע במהירות גבוהה מהכוכב. סילוני הגז מנקבים חורים בענן הגז המקיף את הכוכב, ואשר נפלט ממנו בתקופה קודמת כאשר הוא היה ענק אדום.
ואולם, טלסקופ בודד באורך גל של מילימטרים לא ראה דברים כמו האבל. הטלסקופ ראה תצורה כדורית כמעט מלאה של חומר שנפלט מהכוכב. לפי החוקרים, הרזולוציה הגבוהה של אלמה איפשרה לוקרים לקבוע מדוע יש הבדל בצורה הנראית באורכי גל שונים. התצורה של האונה הכפולה נראתה כאשר הם התמקדו בפיזור מולקולות חד תחמוצת הפחמן כפי שהן נראות בגלי אור בתחום המילימטר, אך רק באלה הנעים לתוך הערפילית. החלק החיצוני הוא כבר סיפור אחר. טלסקופ אלמה חשף ענן גז קר מתוח אך יחסית עגול. יתרה מכך, החוקרים גם צפו במסדרון עבה של חלקיקי אבק בקנה מידה של מילימטר מקיפים את הכוכב. זו הסיבה מדוע הענן החיצוני נראה כמו עניבת פרפר באור הנראה. גרגרי אבק אלה מסתירים חלק מאור הכוכב, ומאפשרים רק לרמז קל של אור נראה להגיע מהצד המרוחק של הענן.
"הדבר חשוב להבנת הדרך שבה מתים כוכבים והופכים לערפיליות פלנטריות" אומר סהאי. "השימוש באלמה איפשר לנו יכולת פשוטו כמשמעו לשפוך אור חדש על שלב המוות של כוכבים דמויי שמש."
לדבריו, התשובה לשאלה מדוע למרות שקצות הערפילית מתחממים, תוכה עדיין קר יותר מקרינת הרקע הקוסמי - נמצאת אצל איינשטיין - האפקט הפוטואלקטרי.