ब्रह्मांड की सबसे ठंडी प्राकृतिक जगह अंतरिक्ष का निर्वात नहीं है, बल्कि ब्यूमरैंगु नेबुला है, जिसमें ब्रह्मांड में अब तक पहचानी गई सबसे ठंडी प्राकृतिक वस्तु है। इस नेबुला की गैस का एक हिस्सा लगभग 1 केल्विन के तापमान तक पहुंचता है, जो लगभग -272.15 डिग्री सेल्सियस के बराबर है। यह तापमान ब्रह्मांडीय पृष्ठभूमि विकिरण के 2.7 केल्विन से कम है, जो बिग बैंग का प्रकाश अवशेष है जो पूरे ब्रह्मांड को भरता है।
यह अत्यधिक ठंड केवल नेबुला और सितारों के बीच की दूरी के कारण नहीं होती है। गैस केंद्रीय तारे द्वारा बाहर निकाली जाती है और उच्च गति पर अंतरिक्ष में फैल जाती है; जैसे-जैसे यह फैलती है, यह ठंडी होती जाती है। यह सिद्धांत उस बात के समान है जो एक एरोसोल कैन के साथ होता है: जब दबाव वाली गैस को तेजी से छोड़ा जाता है, तो कैन ठंडा हो सकता है।
ब्यूमरैंगु नेबुला एक उन्नत विकास चरण में स्थित तारे से जुड़ा हुआ है, जो अंतरिक्ष में बड़ी मात्रा में गैस छोड़ता है। यह सामग्री दो बड़े लोब के रूप में देखे जाने वाली संरचना बनाती है, जो नेबुला को उसका विशिष्ट बूमरैंगु आकार देती है। गैस का तेजी से विस्तार इसके कणों को लगातार बड़े क्षेत्र में कब्जा करने के लिए मजबूर करता है, और इस विस्तार प्रक्रिया में खर्च की गई ऊर्जा का कुछ हिस्सा इसके तापमान में गिरावट का कारण बनता है।
वैज्ञानिक इस घटना को एडियाबेटिक शीतलन कहते हैं। हालांकि शब्द जटिल लगता है, विचार सरल है: जब कोई गैस आसपास के माध्यम से पर्याप्त गर्मी अवशोषित किए बिना तेजी से फैलती है, तो उसका तापमान कम हो जाता है। यही तंत्र ब्यूमरैंगु नेबुला के चरम तापमान की व्याख्या करने में सहायक था।
1997 में, जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी के राघवेन्द्र सहई और यूरोपीय दक्षिणी वेधशाला और ओन्सला स्पेस ऑब्जर्वेटरी के लार्स-आके नाइमैन द्वारा द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल में प्रकाशित एक अध्ययन में निष्कर्ष निकाला गया कि अति-ठंडी गैस के ऊर्जा संतुलन में एडियाबेटिक शीतलन प्रमुख कारक था। डिओडोरेंट कैन के साथ समानता प्रक्रिया को दर्शाने में मदद करती है: कंटेनर से बाहर निकलने पर, संपीड़ित गैस फैलती है और कंटेनर को ठंडा करती है। नेबुला में, एक समान घटना विशाल पैमाने पर होती है, जहां गैस अंतरिक्ष में फैल जाती है।
कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड विकिरण से तुलना तापमान को और भी उल्लेखनीय बनाती है, क्योंकि ब्रह्मांड की शुरुआत से बचा हुआ यह विकिरण लगभग 2.7 K के साथ हम तक पहुंचता है। दूसरे शब्दों में, हमारी अपनी आकाशगंगा के भीतर गैस का एक क्षेत्र ऐसा है जो पूरे ब्रह्मांड में व्याप्त चमक से ठंडा है।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ब्यूमरैंगु नेबुला का हर हिस्सा 1 K पर नहीं है; यह मान विशेष रूप से इसकी अति-ठंडी गैस क्षेत्र से संबंधित है। बाद के अवलोकनों ने इस सामग्री की उपस्थिति की पुष्टि की और नेबुला की स्थिति को ज्ञात सबसे ठंडी प्राकृतिक वस्तु के रूप में मजबूत किया।
इसके अलावा, गैस उल्लेखनीय गति से चलती है। सहई और नाइमैन द्वारा किए गए अध्ययन ने आणविक हवा में लगभग 164 किमी/सेकंड की गति की पहचान की, जो लगभग 590 हजार किमी/घंटा के बराबर है। गैस की विशाल मात्रा और अत्यंत तेज विस्तार का संयोजन इस क्षेत्र को इतनी कम तापमान तक पहुंचने की क्षमता को सही ठहराता है, जो नेबुला द्वारा बनाई गई एक विशाल प्राकृतिक रेफ्रिजरेटर के रूप में कार्य करता है।
ज्ञात सबसे ठंडी प्राकृतिक वस्तु होने के बावजूद, ब्यूमरैंगु नेबुला न्यूनतम तापमान का पूर्ण रिकॉर्ड नहीं रखता है, क्योंकि वैज्ञानिक प्रयोगशाला वातावरण में और भी चरम स्थितियां उत्पन्न कर सकते हैं।
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2021 में, जर्मनी में क्वांटस परियोजना के शोधकर्ताओं ने 38 पिकोकेल्विन का आंकड़ा हासिल किया। एक पिकोकेल्विन केल्विन का एक ट्रिलियनवां हिस्सा दर्शाता है, जिसका अर्थ है कि 38 पिकोकेल्विन शून्य के निरपेक्ष से केवल 0.000000000038 K ऊपर के बराबर हैं। इस प्रयोग में, वैज्ञानिकों ने बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट के साथ काम किया, जो परमाणुओं को अत्यंत कम तापमान पर ठंडा करके प्राप्त की गई पदार्थ की एक अवस्था है। परिणाम ने कंडेनसेट की आंतरिक गतिज ऊर्जा को लगभग 38 पिकोकेल्विन के अनुरूप पैमाने पर मापा।
इस उपलब्धि को 2021 में फिजिकल रिव्यू लेटर्स पत्रिका में प्रकाशित किया गया था। गिनीज वर्ल्ड रिकॉर्ड्स 38 पिकोकेल्विन को दर्ज किया गया सबसे कम कृत्रिम तापमान मानता है। ब्रेमेन में किया गया यह प्रयोग 2018 में शुरू हुआ था, और वैज्ञानिक खोज तीन साल बाद प्रकाशित हुई थी।
पैमाने का अंतर समझना मुश्किल है: ब्यूमरैंगु नेबुला की अति-ठंडी गैस 1 K के क्रम में है, जबकि मानव प्रयोग ने केवल 38 ट्रिलियनवें केल्विन के बराबर हासिल किया। अंतरिक्ष में, चरम ठंड एक আপাত रूप से सरल घटना से उत्पन्न हो सकती है: गैस का तेजी से फैलाव, जो एरोसोल कैन के शीतलन की व्याख्या करने जैसा है, लेकिन एक ब्रह्मांडीय आयाम में।