Czy we Wszechświecie istnieje miejsce zimniejsze od kosmicznej pustki?
Gdy myślimy o kosmosie, wyobrażamy sobie ekstremalne temperatury. W pobliżu gwiazd panują miliony stopni, a wnętrza supernowych należą do najgorętszych miejsc we Wszechświecie. Jednak istnieje obiekt, który ustanowił zupełnie inny rekord – jest najzimniejszym znanym naturalnym miejscem w kosmosie.
To Mgławica Bumerang, niezwykła chmura gazu znajdująca się około 5 tysięcy lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Centaura. Jej temperatura spada do około 1 kelwina, czyli około –272,15°C.
Oznacza to, że jest chłodniejsza nawet od mikrofalowego promieniowania tła, którego temperatura wynosi około 2,7 kelwina.
Czym jest Mgławica Bumerang?
Mgławica Bumerang to tzw. mgławica protoplanetarna – krótki etap ewolucji gwiazdy podobnej do Słońca.
Po miliardach lat życia gwiazda zaczyna gwałtownie odrzucać swoje zewnętrzne warstwy. Wyrzucony gaz tworzy rozległą mgławicę otaczającą umierającą gwiazdę.
Za kilka tysięcy lat centralna gwiazda stanie się białym karłem, a mgławica przekształci się w klasyczną mgławicę planetarną.
Mgławica Bumerang przedstawia właśnie ten niezwykle krótki etap kosmicznej ewolucji.
Dlaczego jest tak zimna?
To właśnie ten obiekt zadziwił astronomów.
Zwykle gaz międzygwiazdowy ma temperaturę zbliżoną do temperatury promieniowania tła Wszechświata. Tymczasem w Mgławicy Bumerang gaz jest jeszcze chłodniejszy.
Powodem jest niezwykle szybkie rozszerzanie się mgławicy.
Centralna gwiazda wyrzuca materię z prędkością sięgającą nawet 600 tysięcy kilometrów na godzinę. Gdy gaz gwałtownie się rozszerza, bardzo szybko traci energię cieplną.
Zjawisko to przypomina schładzanie gazu w aerozolu lub gaśnicy – podczas rozprężania temperatura gwałtownie spada.
Efekt ten nazywany jest chłodzeniem adiabatycznym i odpowiada za rekordowo niską temperaturę mgławicy.
Jak odkryto rekordową temperaturę?
Mgławica została odkryta w 1980 roku, jednak jej niezwykłe właściwości poznano dopiero dzięki obserwacjom prowadzonym w zakresie fal radiowych i mikrofal.
Astronomowie zauważyli, że mgławica pochłania część mikrofalowego promieniowania tła zamiast je emitować.
Było to możliwe tylko wtedy, gdy temperatura gazu była niższa od temperatury samego promieniowania tła.
To odkrycie potwierdziło, że Mgławica Bumerang jest najzimniejszym znanym naturalnym obiektem we Wszechświecie.
Jak wygląda Mgławica Bumerang?
Na zdjęciach wykonanych przez teleskopy kosmiczne mgławica przypomina dwa ogromne strumienie gazu rozchodzące się po przeciwnych stronach centralnej gwiazdy.
Jej nazwa pochodzi od charakterystycznego kształtu widocznego na pierwszych fotografiach.
Późniejsze obserwacje wykazały jednak, że rzeczywista struktura jest znacznie bardziej złożona i przypomina rozległe płaty gazu wyrzucane z umierającej gwiazdy.
Czy istnieją zimniejsze miejsca?
Naturalnie występujących obiektów chłodniejszych od Mgławicy Bumerang dotychczas nie odkryto.
Co prawda w laboratoriach na Ziemi naukowcy potrafią schładzać atomy do temperatur zaledwie miliardowych części kelwina powyżej zera absolutnego, jednak są to eksperymenty prowadzone w kontrolowanych warunkach.
W przyrodzie rekord nadal należy do Mgławicy Bumerang.
Co mówi nam ten obiekt o ewolucji gwiazd?
Mgławica Bumerang pozwala astronomom badać końcowe etapy życia gwiazd podobnych do Słońca.
Obserwując tempo utraty masy, prędkość rozszerzania gazu oraz skład chemiczny mgławicy, naukowcy lepiej rozumieją proces powstawania białych karłów oraz mgławic planetarnych.
To niezwykle ważne, ponieważ za około 5 miliardów lat podobny los czeka również nasze Słońce.
Dlaczego Mgławica Bumerang fascynuje naukowców?
Mgławica Bumerang jest wyjątkowym laboratorium astrofizycznym.
Pozwala badać:
- ekstremalne procesy chłodzenia gazu,
- końcowe etapy ewolucji gwiazd,
- dynamikę rozprężających się mgławic,
- skład chemiczny materii międzygwiazdowej,
- wpływ promieniowania na otaczający gaz.
Jest również doskonałym przykładem tego, że nawet w ogromnym i często bardzo gorącym Wszechświecie mogą istnieć miejsca o temperaturach zbliżonych do zera absolutnego.
Podsumowanie
Mgławica Bumerang to najzimniejsze znane naturalne miejsce we Wszechświecie. Jej temperatura wynosząca około 1 kelwina sprawia, że jest chłodniejsza nawet od mikrofalowego promieniowania tła – pozostałości po Wielkim Wybuchu.
Rekordowo niska temperatura jest efektem gwałtownego rozprężania gazu wyrzucanego przez umierającą gwiazdę. Dzięki badaniom tego niezwykłego obiektu astronomowie zdobywają cenne informacje o ewolucji gwiazd i procesach zachodzących w najbardziej ekstremalnych zakątkach kosmosu.