Самое холодное природное место во Вселенной — это не космический вакуум, а Туманность Бумеранг, которая содержит самое холодное природное тело, когда-либо обнаруженное в космосе. Часть газа в этой туманности достигает температуры, близкой к 1 кельвину, что эквивалентно примерно -272,15 °C. Эта температура ниже фонового космического излучения в 2,7 кельвина, которое является световым остатком Большого взрыва, заполняющим всю Вселенную.
Этот экстремальный холод вызван не просто расстоянием между туманностью и звездами. Газ выбрасывается центральной звездой и рассеивается в пространстве с высокой скоростью; по мере расширения он охлаждается. Этот принцип аналогичен тому, что происходит с аэрозольным баллончиком: когда сжатый газ быстро выпускается, баллон может остыть.
Туманность Бумеранг связана со звездой на поздней стадии эволюции, которая выбрасывает большие объемы газа в космос. Этот материал формирует структуру, наблюдаемую как два больших лопасти, придавая туманности ее характерную форму бумеранга. Быстрое расширение газа заставляет его части занимать все большую площадь, и часть энергии, затраченной на этот процесс расширения, приводит к снижению его температуры.
Ученые называют это явление адиабатическим охлаждением. Хотя термин кажется сложным, идея проста: когда газ быстро расширяется, не поглощая достаточного количества тепла из окружающей среды, его температура падает. Именно этот механизм помог объяснить экстремальную температуру Туманности Бумеранг.
В 1997 году исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal Рагхвендрой Сахаем из Лаборатории реактивного движения и Ларсом-Оке Ниманом из Европейской южной обсерватории и Обсерватории космического пространства Онсала, пришло к выводу, что адиабатическое охлаждение было доминирующим фактором в энергетическом балансе ультрахолодного газа. Аналогия с баллончиком дезодоранта помогает проиллюстрировать процесс: выходя из контейнера, сжатый газ расширяется и вызывает охлаждение контейнера. В туманности происходит аналогичное событие в колоссальном масштабе, когда газ рассеивается в пространстве.
Сравнение с фоновым космическим излучением делает температуру еще более примечательной, поскольку это остаточное излучение ранней Вселенной достигает нас с температурой около 2,7 К. Другими словами, существует область газа внутри нашей собственной галактики, которая холоднее, чем свечение, пронизывающее всю Вселенную.
Важно отметить, что не вся Туманность Бумеранг имеет температуру 1 К; это значение относится конкретно к ее области ультрахолодного газа. Последующие наблюдения подтвердили наличие этого материала и укрепили позицию туманности как самого холодного природного объекта, известного на данный момент.
Кроме того, газ движется с заметными скоростями. Исследование, проведенное Сахаем и Ниманом, выявило приблизительную скорость молекулярного ветра в 164 км/с, что эквивалентно примерно 590 тысячам км/ч. Сочетание огромного количества газа и чрезвычайно быстрого расширения объясняет способность этой области достигать такой низкой температуры, функционируя как гигантский природный холодильник, созданный самой туманностью.
Несмотря на то, что это самое холодное природное тело, Туманность Бумеранг не держит абсолютного рекорда минимальной температуры, поскольку ученые могут создавать еще более экстремальные условия в лабораторных условиях.
Больше информации
В 2021 году исследователи проекта QUANTUS в Германии достигли отметки в 38 пикокельвинов. Пикокельвин представляет собой триллионную часть кельвина, что означает, что 38 пикокельвинов эквивалентны всего лишь 0,000000000038 К выше абсолютного нуля. В этом эксперименте ученые работали с конденсатом Бозе-Эйнштейна, состоянием материи, полученным путем охлаждения атомов до чрезвычайно низких температур. Результат измерил внутреннюю кинетическую энергию конденсата в масштабе, соответствующем примерно 38 пикокельвинам.
Этот результат был опубликован в журнале Physical Review Letters в 2021 году. Книга рекордов Гиннесса признает 38 пикокельвинов самой низкой искусственной зарегистрированной температурой. Эксперимент, проведенный в Бремене, начался в 2018 году, а научный результат был опубликован через три года.
Разница в масштабах трудно представить: ультрахолодный газ Туманности Бумеранг находится в порядке 1 К, в то время как человеческий эксперимент достиг эквивалента всего лишь 38 триллионных долей кельвина. В космосе экстремальный холод может возникать из кажущегося простого явления: быстрое рассеивание газа, подобное тому, что объясняет охлаждение аэрозольного баллончика, но в космическом масштабе.