Какое самое холодное место во Вселенной?

Что бы вам ни говорили хипстеры, бруклинский район Вильямсбург на самом деле не самое крутое место во вселенной. Скорее, эта честь может достаться одному из двух мест: туманности в космосе или лаборатории Массачусетского технологического института.

В любом случае, вам лучше взять свою куртку, потому что в этих местах действительно, очень, безумно холодно.

Туманность Бумеранг, представляющая собой межзвездную смесь пыли и ионизированных газов, достигает невероятной температуры минус 458 градусов по Фаренгейту (минус 272 градуса по Цельсию) или всего лишь на градус Цельсия выше абсолютного нуля, как замерили астрономы с помощью Atacama. Большая миллиметрово-субмиллиметровая решетка (ALMA) в Чили в 2013 году. [Фотографии с привидениями: самые жуткие туманности в космосе]

У этой молодой планетарной туманности, расположенной на расстоянии 5000 световых лет, есть болезненный создатель: умирающая звезда в ее центре. Со временем звезды с меньшей массой — примерно в восемь раз больше массы Солнца или даже меньше — становятся так называемыми красными гигантами.

Вот как проходит продолжительность жизни этого типа звезды: по мере того, как звезда сжигает свой запас водорода в своем ядре, превращая его в гелий, ее светимость фактически увеличивается. Это связано с тем, что звезда не может генерировать достаточно тепла, чтобы поддерживать собственный вес, поэтому оставшийся водород начинает сжиматься слоями снаружи ядра.Это сжатие генерирует больше энергии, но в результате звезда становится более пухлой, поскольку газы в ее внешних слоях расширяются. Итак, несмотря на то, что звезда более яркая, ее газы охлаждаются, и звезда выглядит более красной. Красные гиганты большие; когда Солнце превратится в одно, его поверхность будет простираться до текущей орбиты Земли.

В конце концов, гигант полностью сжигает свой водород. Затем более массивные красные гиганты начнут превращать гелий в более тяжелые элементы, но этот процесс тоже имеет ограничения, и именно тогда центральные слои звезды коллапсируют. В этот момент звезда превращается в белого карлика, который представляет собой выгоревшее сверхплотное ядро ​​звезды. Когда происходит коллапс, внешние слои звезды остаются позади, потому что красный гигант настолько велик, что его хватка на внешних слоях незначительна. Свет белого карлика освещает газ, и в результате земляне получают великолепную планетарную туманность. (Название является неправильным, датируемым первыми наблюдениями в 18 веке, но оно прижилось.)

Этот газ очень быстро расширяется, двигаясь наружу со скоростью около 363 600 миль в час (585 000 км/ч). И именно поэтому туманность такая холодная — даже холоднее, чем космическое фоновое излучение, оставшееся после Большого взрыва (примерно минус 454,7 градуса по Фаренгейту, или 2,76 кельвина). [Большой взрыв цивилизации: 10 удивительных событий происхождения]

Когда газы расширяются, они становятся холоднее. Это происходит потому, что расширение вызывает падение давления, а уменьшение давления замедляет движение молекул газа. (Температура — это в основном измерение того, насколько быстро движутся молекулы. Чем быстрее молекулы, тем горячее газ.)

Вы можете наблюдать то же явление, когда используете баллончик с воздухом для чистки компьютера: баллончик с воздухом становится холоднее, когда вы распыляете его, потому что давление газа внутри быстро снижается. Часть энергии для расширения газа берется из тепловой энергии в аэрозольном баллончике.Поскольку газы в туманности Бумеранг были выброшены центральной звездой с такой огромной скоростью, много тепловой энергии было унесено в мгновение ока.

Рагвендра Сахаи из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в Пасадене, Калифорния, считает, что туманность Бумеранг еще холоднее, чем другие расширяющиеся туманности, потому что она сбрасывает свою массу примерно в 100 раз быстрее, чем эти умирающие звезды, или примерно в 100 миллиардов раз быстрее, чем Солнце выбрасывает массу.

Но как насчет холодных мест на Земле?

Студенты Массачусетского технологического института будут рады узнать, что их школа — пока — самая крутая. В 2015 году группа физиков охладила атомы до самой низкой температуры за всю историю: 500 нанокельвинов, или 0,0000005 кельвинов (минус 459,67 F или минус 273,15 C). Это намного холоднее, чем в туманности Бумеранг, но только потому, что ученые использовали лазеры для охлаждения отдельных атомов натрия и калия.

Однако Кембридж не навсегда останется самым крутым. Многие группы ученых продолжали работать над тем, чтобы сделать газы еще более холодными. В JPL есть Лаборатория холодного атома, которая была запущена на Международную космическую станцию ​​в 2018 году и уже произвела самый холодный известный объект в космосе, а вскоре может создать самый холодный известный объект во Вселенной.

Примечание редактора: Эта история была обновлена ​​в 11:02 1 августа 2018 г., чтобы включить последние результаты из лаборатории холодного атома.

Участник живой науки

Джесси Эмспак — автор статей для Live Science, Space.com и Toms Guide. Он занимается физикой, здоровьем человека и общей наукой. Джесси имеет степень магистра искусств Калифорнийского университета, Школы журналистики Беркли и степень бакалавра искусств Университета Рочестера. Джесси провел годы, освещая финансы, и набился зубами в местных газетах, работая с местными политиками и полицией. Джесси любит вести активный образ жизни и имеет черный пояс третьей степени по каратэ, что означает, что теперь он знает, как многому ему еще предстоит научиться.