Замерзший космос: путешествие к самому холодному уголку Вселенной
Средняя температура на Земле составляет 300 К — это на расстоянии более 149 миллионов километров от Солнца. На других планетах еще холоднее: например, на Плутоне температура держится в районе 44 К, а за пределами Солнечной системы еще меньше.
Вещество в молекулярных облаках, которые плавают по галактике в световых годах от ближайших звезд, имеет температуру от 10 до 20 К, близко к абсолютному нолю. Холоднее, чем в них, в галактике не становится: все остальные ее участки так или иначе согреты излучением звезд.
Если заглянуть в межгалактическое пространство, можно замерзнуть еще сильнее, чем в молекулярном облаке вдалеке от источников излучения. Галактики разделены миллионами световых лет пустоты, и единственное излучение, которое доходит до всех уголков космоса — это реликтовое микроволновое излучение, оставшееся со времен Большого Взрыва. Температура реликтового излучения — это и есть температура межгалактического пространства, и она не может упасть ниже 2,725 К. Может показаться, что в природе не может быть места холоднее. Однако это не так.
Точнее, будет не так. Чтобы температура излучения в межгалактическом пространстве опустилась ниже 2,725 К, нужно подождать, пока Вселенная еще немного расширится (она уже и так это делает со скоростью примерно 770 км/с на 3.26 миллионов световых лет). Сейчас старушке-вселенной 13,78 миллиардов лет, а когда станет вдвое больше, реликтового излучения хватит едва ли на один градус выше абсолютного ноля.
А теперь сюрприз: найти такое холодное место во вселенной можно уже сейчас! И даже относительно недалеко от дома: в туманности Бумеранг, которая удобно расположилась в каких-то 5000 световых лет от Земли.
В центре туманности Бумеранг находится умирающая звезда, которая когда-то была желтым карликом, как наше Солнце. Как и остальные звезды того же спектрального класса, звезда в туманности Бумеранг превратилась в красный гигант и закончила жизнь в системе из белого карлика и препланетарной туманности вокруг него.
Планетарная туманность — это остатки периферийного вещества красного гиганта, которое звезда сбросила, когда ее центр сжался до белого карлика. Однако прежде чем превратиться в планетарную туманность, красный карлик должен немного побыть препланетарной туманностью. А если в препланетарной туманности сойдутся все необходимые условия, то температура в ней может опуститься ниже самой низкой во вселенной. Это показали расчёты индийского астронома Равендры Сахая еще до того, как его команда создала температурную карту Бумеранга и удостоверилась, что там действительно невероятно холодно.
Препланетарная туманность возникает, когда температура в ядре звезды повышается, а периферия только начинает отделяться. Выброс вещества происходит чаще всего одним-двумя джетами — потоками плазмы, берущими начало во внешних слоях вещества звезды. Джеты живут совсем недолго по космическим меркам: всего несколько тысяч лет. Если плазма в джетах движется достаточно быстро (а в Бумеранге это так), звезда теряет вещество с огромной скоростью. И именно из-за такой невероятной скорости, с которой вещество уходит из звезды, в ней возникают области, где температура вещества равняется 0,5 К — ниже любого другого места во вселенной.
Причина этого явления в том же, почему воздух, который вы выдуваете сложив губы трубочкой, оказывается холоднее 36,6 °C и холоднее воздуха, который вы выдыхаете с широко открытым ртом. Тепловая энергия молекул расходуется, переходя в кинетическую энергию движения, и воздух остывает.