Wbrew temu, co mogą powiedzieć hipsterzy, dzielnica Williamsburg na Brooklynie nie jest tak naprawdę najfajniejszym miejscem we wszechświecie. Raczej ten zaszczyt może przypaść jednemu z dwóch miejsc: mgławicy w kosmosie lub laboratorium w MIT.
W każdym razie lepiej weź kurtkę, ponieważ te miejsca są naprawdę, naprawdę, szalenie zimne.
Mgławica Bumerang, która jest międzygwiezdnym zlepkiem pyłu i zjonizowanych gazów, pogrąża się w jawnie spadającej temperaturze minus 458 stopni Fahrenheita (minus 272 stopnie Celsjusza), lub tylko jeden stopień Celsjusza powyżej zera absolutnego, jak zmierzyli astronomowie używający Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) w Chile w 2013 roku.
Położona 5000 lat świetlnych stąd, ta młoda mgławica planetarna ma chorobliwego twórcę: umierającą gwiazdę w jej centrum. Z czasem gwiazdy na mniejszym końcu skali masy – około ośmiokrotnie większe od Słońca lub mniejsze – stają się tak zwanymi czerwonymi olbrzymami.
Oto jak przebiega okres życia tego typu gwiazd: W miarę jak gwiazda wypala zapasy wodoru w swoim jądrze, przetapiając go na hel, jej jasność w rzeczywistości wzrasta. Dzieje się tak, ponieważ gwiazda nie jest w stanie wytworzyć wystarczająco dużo ciepła, aby utrzymać własną masę, więc pozostały wodór zaczyna się ściskać w warstwach na zewnątrz jądra. Ta kompresja generuje więcej energii, ale w rezultacie gwiazda staje się bardziej puchata, ponieważ gazy w jej zewnętrznych warstwach rozszerzają się. Tak więc, mimo że gwiazda jest bardziej jasna, jej gazy się ochładzają, a gwiazda wygląda na bardziej czerwoną. Czerwone olbrzymy są duże; kiedy Słońce zamieni się w jeden z nich, jego powierzchnia rozciągnie się do obecnej orbity Ziemi.
W końcu olbrzym całkowicie spala swój wodór. Bardziej masywne czerwone olbrzymy zaczną wtedy syntezę helu w cięższe pierwiastki, ale ten proces też ma swoje granice i wtedy właśnie centralne warstwy gwiazdy zapadają się. W tym momencie gwiazda zamienia się w białego karła, który jest w zasadzie wypalonym, bardzo gęstym jądrem gwiazdy. Podczas zapadania się, zewnętrzne warstwy gwiazdy pozostają w tyle, ponieważ czerwony olbrzym jest tak duży, że jego przyczepność do zewnętrznych warstw jest słaba. Światło z gwiazdy białego karła oświetla gaz, a rezultatem dla Ziemian jest wspaniała mgławica planetarna. (Nazwa jest błędna, pochodzi od pierwszych obserwacji w XVIII wieku, ale utknęła.)
Ten gaz rozszerza się bardzo szybko, poruszając się na zewnątrz z prędkością około 363 600 mph (585 000 km/h). I właśnie dlatego mgławica jest tak zimna – nawet zimniejsza niż kosmiczne promieniowanie tła pozostałe po Wielkim Wybuchu (które wynosi około minus 454,7 stopni F, czyli 2,76 kelwinów).
Jak gazy się rozszerzają, stają się chłodniejsze. Dzieje się tak, ponieważ ekspansja powoduje spadek ciśnienia, a spadek ciśnienia spowalnia cząsteczki gazu w dół. (Temperatura jest w zasadzie miarą tego, jak szybko poruszają się cząsteczki. Im szybsze cząsteczki, tym gorętszy gaz.)
Możesz zaobserwować to samo zjawisko, gdy używasz puszki z powietrzem do czyszczenia komputera: Puszka z powietrzem staje się zimniejsza podczas rozpylania, ponieważ ciśnienie na gaz wewnątrz gwałtownie maleje. Część energii potrzebnej do rozprężenia gazu jest pobierana z energii cieplnej w pojemniku z aerozolem. Ponieważ gazy w Mgławicy Bumerang zostały wyrzucone przez centralną gwiazdę z tak wielką prędkością, wiele energii cieplnej zostało pochłonięte w mgnieniu oka.
Raghvendra Sahai, z NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL), w Pasadena, Kalifornia, myśli, że Mgławica Bumerang jest nawet zimniejsza niż inne rozszerzające się mgławice ponieważ wyrzuca swoją masę około 100 razy szybciej niż te umierające gwiazdy, lub około 100 miliardów razy szybciej niż Słońce wyrzuca masę.
Ale co z chłodnymi miejscami na Ziemi?
Studenci na MIT ucieszą się na wieść, że ich szkoła jest – jak dotąd – najfajniejsza. W 2015 roku zespół tamtejszych fizyków schłodził atomy do najzimniejszej temperatury w historii: 500 nanokelwinów, czyli 0,0000005 kelwinów (minus 459,67 F lub minus 273,15 C). To jest dużo zimniejsze niż Mgławica Bumerang, ale tylko dlatego, że naukowcy użyli laserów do chłodzenia poszczególnych atomów sodu i potasu.
Cambridge nie będzie najchłodniejszy na zawsze, choć. Wiele zespołów naukowców kontynuuje pracę nad uczynieniem gazów jeszcze zimniejszymi. JPL ma Cold Atom Laboratory, który wystartował na Międzynarodową Stację Kosmiczną w 2018 roku i już wyprodukował najzimniejszy znany obiekt w kosmosie, a wkrótce może wyprodukować najzimniejszy znany obiekt we wszechświecie.
Nota redaktora: Ta historia została zaktualizowana o 11:02, 1 sierpnia 2018 r., Aby uwzględnić najnowsze wyniki z Cold Atom Laboratory.
Śledź Life’s Little Mysteries na Twitterze @llmysteries. Jesteśmy też na Facebooku & Google+.
Recent news
.