Naukowców od dawna interesuje pytanie: jak zimno jest w kosmosie. Z reguły temperatura tam nie jest niższa niż temperatura reliktowego promieniowania, które przenika cały Wszechświat. Jednak w miejscach, w których umierają gwiazdy, temperatury mogą spaść znacznie niżej. To właśnie takie miejsce udało się znaleźć naukowcom w mgławicy planetarnej Bumerang.
Średnia temperatura na Ziemi, planecie znajdującej się w odległości ponad 149 milionów kilometrów od Słońca, utrzymuje się w granicach 300 K. Należy zauważyć, że planeta jest nadal ogrzewana przez gorące jądro, a dodatkowo przy braku atmosfery wskaźniki temperatury wyniosłyby kolejne 50. K mniej. Im dalej obiekt znajduje się od najbliższej gwiazdy, tym jest chłodniej. Na przykład na Plutonie średnia temperatura wynosi zaledwie 44 K. Przy takich szybkościach zamarza nawet azot, co oznacza, że praktycznie nic nie zostało z ziemskiej atmosfery, ponieważ zawiera ona 80 procent azotu. Poza Układem Słonecznym, w przestrzeni międzygwiazdowej, jest znacznie chłodniej.
Wokół galaktyki pływają chmury molekularne, których substancja ma temperaturę około 10-20 K, bliską zeru absolutnemu. W galaktyce nie ma już niższych temperatur, ponieważ reszta jej części jest w takim czy innym stopniu ogrzewana przez promieniowanie gwiazdowe.
Jednak w przestrzeni międzygalaktycznej temperatura jest nawet niższa niż w obłoku molekularnym, który jest daleko od źródeł promieniowania. Galaktyki są oddzielone przez miliony lat świetlnych pustki, a jedynym promieniowaniem docierającym do wszystkich zakątków kosmosu jest mikrofalowe promieniowanie tła, które zostało po Wielkim Wybuchu. Ze względu na fale reliktowego promieniowania temperatura w przestrzeni międzygalaktycznej nie spada poniżej 2,73 K. Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że zimniej po prostu nie może być, ale w rzeczywistości jest to dalekie od przypadku.
Dokładniej, teoretycznie mogłoby być zimniej. Aby wskaźniki temperatury przestrzeni międzygalaktycznej spadły poniżej 2,73 K, należy poczekać, aż Wszechświat nieznacznie się rozszerzy. Ta ekspansja już ma miejsce - wszechświat rozszerza się z prędkością około 770 kilometrów na sekundę w ciągu 3,26 miliona lat świetlnych. Obecnie wiek Wszechświata sięga 13,78 miliardów lat, a kiedy stanie się dwukrotnie większy, reliktowe promieniowanie będzie w stanie utrzymać temperaturę tylko o jeden stopień powyżej zera bezwzględnego.
Mapa temperatur przedplanetarnej mgławicy Bumerang
I najbardziej nieoczekiwana wiadomość od naukowców: najzimniejsze miejsce we Wszechświecie można znaleźć już w tej chwili i niedaleko Ziemi - w mgławicy Bumerang, znajdującej się zaledwie 5 tysięcy lat świetlnych od naszej planety.
Film promocyjny:
W centrum tej mgławicy znajduje się umierająca gwiazda, która w przeszłości przypominała Słońce, żółty karzeł. Podobnie jak reszta gwiazd z tej samej klasy widmowej, stał się czerwonym olbrzymem i znalazł się w układzie, który powstał z białego karła i mgławicy przedplanetarnej, która wyłoniła się wokół niego.
Mgławica planetarna jest zwykle nazywana pozostałościami peryferyjnych obszarów czerwonego olbrzyma, wyrzucanymi przez gwiazdę w okresie, gdy jej środek skurczył się do rozmiarów białego karła. Ale zanim stanie się mgławicą planetarną, czerwony karzeł na chwilę stanie się mgławicą przedplanetarną. W przypadku, gdy pojawią się w nim wszystkie niezbędne warunki, wskaźniki temperatury w mgławicy mogą spaść poniżej najniższych temperatur we Wszechświecie. Indyjski astronom Ravendra Sahai doszedł do podobnych wniosków i znacznie wcześniej niż jego zespół stworzył mapę temperatury Mgławicy Bumerang i upewnił się, że jest tam naprawdę bardzo zimno.
Mgławica Bumerang to najzimniejsze miejsce we wszechświecie
Zdjęcie: ESA / NASA
Mgławica przedplanetarna powstaje, gdy temperatura w jądrze gwiazdy wzrasta, ale jednocześnie materia peryferyjna dopiero zaczyna się rozdzielać. Proces ten zachodzi z kilkoma wyrzutami strumieni plazmy, które rozpoczynają się w zewnętrznej warstwie materii gwiazdowej. Według kosmicznych standardów strumienie te istnieją bardzo krótko - zaledwie kilka tysięcy lat. Zakładając, że plazma w strumieniu porusza się szybko (a w mgławicy Bumerang tak właśnie jest), wówczas utrata materii przez gwiazdę następuje z dużą prędkością. To dzięki tej ogromnej prędkości w mgławicy powstają te obszary, w których wskaźnik temperatury nie przekracza 0,5 K, czyli jest znacznie niższy niż temperatura w jakimkolwiek innym miejscu we Wszechświecie.
A wszystko dlatego, że energia cieplna cząsteczek zamieniana jest na energię kinetyczną ruchu, dzięki czemu powietrze się ochładza.