O local natural mais frio do Universo não é o vácuo espacial, mas sim a Nebulosa do Bumerangue, que contém o objeto natural mais frio já identificado no cosmos. Uma porção do gás nesta nebulosa atinge temperaturas próximas a 1 kelvin, o que equivale a aproximadamente -272,15 °C. Essa temperatura é inferior aos 2,7 kelvin da radiação cósmica de fundo, que é o resíduo luminoso do Big Bang que preenche todo o Universo.
Este frio extremo não é causado meramente pela distância entre a nebulosa e as estrelas. O gás é expelido pela estrela central e dispersa-se pelo espaço em alta velocidade; à medida que se expande, ele esfria. Este princípio é análogo ao que ocorre com uma lata de aerossol: quando o gás pressurizado é liberado rapidamente, a lata pode esfriar.
A Nebulosa do Bumerangue está associada a uma estrela em estágio avançado de sua evolução, a qual libera grandes volumes de gás para o espaço. Este material forma a estrutura observada como dois grandes lobos, conferindo à nebulosa sua característica forma de bumerangue. A rápida expansão do gás faz com que suas partículas ocupem uma área progressivamente maior, e parte da energia gasta neste processo de expansão resulta na queda de sua temperatura.
Cientistas denominam este fenômeno de resfriamento adiabático. Embora o termo pareça complexo, a ideia é simples: quando um gás se expande velozmente sem absorver calor suficiente do meio circundante, ele diminui sua temperatura. Foi este mecanismo que auxiliou na explicação da temperatura extrema da Nebulosa do Bumerangue.
Em 1997, um estudo publicado no periódico The Astrophysical Journal por Raghvendra Sahai, do Jet Propulsion Laboratory, e Lars-Åke Nyman, do European Southern Observatory e do Onsala Space Observatory, concluiu que o resfriamento adiabático era o fator dominante no equilíbrio energético do gás ultracongelado. A analogia com a lata de desodorante ajuda a ilustrar o processo: ao sair do recipiente, o gás comprimido se expande e provoca o resfriamento do recipiente. Na nebulosa, um evento similar ocorre em uma escala colossal, com o gás se espalhando pelo espaço.
A comparação com a radiação cósmica de fundo torna a temperatura ainda mais notável, visto que esta radiação remanescente dos primórdios do Universo chega até nós com cerca de 2,7 K. Em outras palavras, há uma área de gás dentro da nossa própria galáxia que é mais fria do que o brilho que permeia todo o Universo.
É importante notar que nem toda a Nebulosa do Bumerangue está a 1 K; este valor se refere especificamente à sua região de gás ultracongelado. Observações subsequentes confirmaram a presença deste material e solidificaram a posição da nebulosa como o objeto natural mais frio conhecido.
Além disso, o gás apresenta movimentos em velocidades notáveis. O estudo conduzido por Sahai e Nyman identificou uma velocidade aproximada de 164 km/s no vento molecular, o que equivale a cerca de 590 mil km/h. A junção entre a vasta quantidade de gás e a expansão extremamente rápida justifica a capacidade da região de atingir tal baixa temperatura, funcionando como uma gigantesca geladeira natural criada pela própria nebulosa.
Apesar de ser o objeto natural mais frio conhecido, a Nebulosa do Bumerangue não detém o registro absoluto de temperatura mínima, pois cientistas conseguem gerar condições ainda mais extremas em ambientes laboratoriais.
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Em 2021, pesquisadores do projeto QUANTUS, na Alemanha, alcançaram a marca de 38 picokelvins. Um picokelvin representa um trilionésimo de kelvin, significando que 38 picokelvins equivalem a apenas 0,000000000038 K acima do zero absoluto. Neste experimento, os cientistas trabalharam com um condensado de Bose-Einstein, um estado da matéria obtido ao resfriar átomos a temperaturas extremamente baixas. O resultado mediu a energia cinética interna do condensado em uma escala correspondente a aproximadamente 38 picokelvins.
Este feito foi divulgado no periódico Physical Review Letters em 2021. O Guinness World Records reconhece os 38 picokelvins como a menor temperatura artificial registrada. O experimento, realizado em Bremen, teve início em 2018, e o achado científico foi publicado três anos depois.
A disparidade de escala é difícil de conceber: o gás ultracongelado da Nebulosa do Bumerangue está na ordem de 1 K, enquanto o experimento humano atingiu o equivalente a apenas 38 trilionésimos de kelvin. No espaço, o frio extremo pode surgir de um fenômeno aparentemente simples: a rápida dispersão de um gás, semelhante ao que explica o resfriamento de uma lata de aerossol, mas em uma dimensão cósmica.