Διάστημα και ακραία ψύξη

Το πιο παγωμένο μέρος στο Σύμπαν είναι ψυχρότερο ακόμα και από το κενό, διαγαλαξιακό χώρο.

Φανταστείτε το ψυχρότερο μέρος που μπορείτε. Μέσα σε αυτό, τα σωματίδια που σχηματίζουν την ύλη κινούνται όσο πιο αργά μπορείς να φανταστείς, πλησιάζοντας το κβαντικό όριο του τι σημαίνει να είσαι αληθινά ακίνητος. Δεν θα υπάρχουν σημαντικές εσωτερικές πηγές θερμότητας κοντά για να απορροφηθούν εκείνα τα σωματίδια, και δεν θα υπάρχουν σημαντικές εξωτερικές πηγές ενέργειας που να τα θερμαίνουν από έξω...

Μία έγχρωμη εικόνα με χρωματική κωδικοποίηση (color-coded image) του νεφελώματος Boomerang, όπως έχει ληφθεί από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Το αέριο που αποβάλλεται από αυτό το αστέρι έχει επεκταθεί απίστευτα γρήγορα, προκαλώντας την αδιάλειπτη ψύξη του. Υπάρχουν Μεγάλη Έκρηξη. Εικόνα: NASA / HUBBLE / STSCI

Φυσικά, αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να βρίσκεστε όσο το δυνατόν μακρύτερα μπορείτε από όλες τις πηγές κινούμενων σωματιδίων και ακτινοβολίας. Θα θέλατε να βρίσκεστε σε όσο το δυνατόν μεγάλη απόσταση από τα αστέρια, τους γαλαξίες και τα νέφη αερίου. Θα θέλατε να αποκλείσετε τυχόν εξωτερικές πηγές φωτονίων. Εάν κατευθυνθήκατε στις βαθύτερες εσοχές του διαγαλαξιακού χώρου, προστατευμένες από το φωτισμό των αστεριών, το μόνο πράγμα που θα σας ζεστάνει θα ήταν η ατέλειωτη λάμψη της Μεγάλης Έκρηξης: η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (ΚΑΥ) με θερμοκρασία 2.725 K (-270,42º Κελσίου). Και όμως ο δικός μας Γαλαξίας έχει ενα μέρος - το Νεφέλωμα Boomerang - το οποίο είναι ακόμα πιο ψυχρό από την ΚΑΥ.

Το σκοτεινό νεφέλωμα Barnard 68, γνωστό ως το μοριακό νέφος το οποίο ονομάζεται "Σφαιρίδιο Μπόκ" (Bok globule), έχει θερμοκρασία μικρότερη των 20 K. Ωστόσο, είναι ακόμα αρκετά ζεστό σε σύγκριση με τις θερμοκρασίες της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου.

Οπουδήποτε και αν βρεθείτε στο Σύμπαν (υποθετικά), θα διαπιστώσετε οτι υπάρχουν πηγές θερμότητας με τις οποίες θα έλθετε αντιμέτωποι. Όσο πιο μακριά βρίσκεστε από όλες αυτές τις πηγές, τόσο πιο πολύ θα...παγώνετε. Σε απόσταση 93 εκατομμυρίων μιλίων από τον Ήλιο, η Γη διατηρείται σε μια μέτρια θερμοκρασία ~ 300 K (27º Κελσίου), η οποία θα ήταν κατά 50º ψυχρότερη, αν δεν υπήρχε η ατμόσφαιρά μας. Εαν μετακινηθούμε πιο μακριά, ο Ήλιος γίνεται σταδιακά ολοένα και λιγότερο ικανός να θερμαίνει τα πράγματα γύρω μας. Ο νάνος πλανήτης Πλούτωνας για παράδειγμα, έχει θερμοκρασία μόνο 44 K (-230º Κελσίου) : θερμοκρασία η οποία είναι ικανή να ψύξει το υγρό άζωτο. Μπορούμε επίσης να πάμε σε ένα ακόμα πιο απομονωμένο μέρος, όπως ο διαστρικός χώρος, όπου τα πλησιέστερα αστέρια είναι έτη φωτός μακριά.

Το νεφέλωμα του Αετού, φημισμένο για το διαρκή σχηματισμό και εξέλιξη των αστεριών του. Περιέχει μεγάλο αριθμό σφαιριδίων Bok ή σκοτεινά νεφελώματα, τα οποία δεν έχουν εξατμιστεί ακόμα, και τα οποία βρίσκονται σε διαδικασία κατάρρευσης, ώστε να σχηματίσουν νέα αστέρια πριν εξαφανιστούν εντελώς. Ενώ το εξωτερικό περιβάλλον αυτών των σφαιριδίων μπορεί να είναι εξαιρετικά ζεστό, οι εσωτερικοί χώροι μπορούν στην ουσία να προστατευθούν από την ακτινοβολία και να φτάσουν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Εικόνα: ESA / HUBBLE & NASA

Τα ψυχρά μοριακά νέφη τα οποία περιφέρονται, απομονωμένα, σε όλο τον Γαλαξία είναι ακόμα πιο ψυχρά, μόλις 10 K (-263º Κελσίου) έως 20 K (-253º Κελσίου) πάνω από το απόλυτο μηδέν. Τα αστέρια, οι Υπερκαινοφανείς (σουπερνόβα), οι κοσμικές ακτίνες, οι αστρικοί άνεμοι και άλλα, όλα παρέχουν συνολικά ενέργεια στον Γαλαξία, και είναι δύσκολο να έχουμε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες μέσα του. Μόνο στο διαγαλαξιακό χώρο, εκατομμύρια έτη φωτός από τα πλησιέστερα αστέρια, η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου θα είναι η μοναδική υπολογίσιμη πηγή θερμότητας.

Αν μπορούσαμε να δούμε το μικροκυματικό φως, ο νυχτερινός ουρανός θα έμοιαζε με ενα πράσινο οβάλ σε θερμοκρασία 2,7 K (-270º Κελσίου), με το "θόρυβο" στο κέντρο να προσθέτει θερμοκρασία η οποία προέρχεται από θερμότερες πηγές του γαλαξιακού μας επίπεδου. Αυτή η ομοιόμορφη ακτινοβολία, με ένα φάσμα μελανού σώματος, αποτελεί ένδειξη της έντονης λάμψης από τη Μεγάλη Έκρηξη: τη Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου. Εικόνα: NASA / WMAP SCIENCE TEAM

Σε λιγότερο από 3º C (-247,05º Κέλβιν) πάνω από το απόλυτο μηδέν, αυτά τα μόλις ανιχνεύσιμα φωτόνια είναι η μόνη πηγή θερμότητας. Δεδομένου ότι κάθε θέση στο Σύμπαν βομβαρδίζεται συνεχώς από αυτά τα υπέρυθρα, μικροκυματικά και ραδιοκυματικά φωτόνια, ίσως να νομίζετε ότι οι 2,725 K είναι οτι πιο ψυχρό μπορείτε ποτέ να συναντήσετε στη φύση. Για να βιώσετε κάτι πιο ψυχρό, θα πρέπει να περιμένετε να διασταλεί το Σύμπαν περισσότερο, να "τεντώσετε"τα μήκη κύματος αυτών των φωτονίων, για να βιώσετε ακόμα χαμηλότερες θερμοκρασίες.

Αυτό φυσικά θα συμβεί εν καιρώ. Με την πάροδο του χρόνου το Σύμπαν θα έχει φυσικά τη διπλάσια ηλικία από τη σημερινή - σε άλλα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια - η θερμοκρασία θα είναι μόλις ένα βαθμό πάνω από το απόλυτο μηδέν. Αλλά υπάρχει ένας μέρος το οποίο υπάρχει αυτή τη στιγμή, και είναι πιο ψυχρό από τα βαθύτερα μέρη του διαγαλαξιακού χώρου. Ποιο είναι αυτό ;

Το Νεφέλωμα Boomerang είναι ένα νεαρό νεφέλωμα, του οποίου ο σχηματισμός είναι σε εξέλιξη, και είναι το πιο κρύο αντικείμενο που βρέθηκε στο Σύμπαν μέχρι τώρα. Εικόνα: ESA / NASA

Δεν χρειάζεται καν να πάτε πουθενά, δεν θα βρείτε ψυχρότερο μέρος, μην το ψάχνετε! Αυτό είναι το Νεφέλωμα Boomerang, το οποίο βρίσκεται μόλις 5.000 έτη φωτός μακριά, μέσα στον δικό μας Γαλαξία. Το 1980, όταν παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από την Αυστραλία, έμοιαζε με ένα δίχρωμο, ασύμμετρο νεφέλωμα και ως εκ τούτου πήρε το όνομα Boomerang. Καλύτερες παρατηρήσεις μας έδειξαν αυτό το νεφέλωμα όπως πραγματικά είναι: ένα πρωτοπλανητικό νεφέλωμα, το οποίο είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο ενός αστέρα σαν τον Ήλιο μας ο οποίος βρίσκεται στο τέλος της ζωής του 

Όλα τα αστέρια τα οποία μοιάζουν με τον Ήλιο μας θα εξελιχθούν σε ερυθρούς γίγαντες αστέρες, και θα τερματίσουν τη ζωή τους σε ένα συνδυασμό πλανητικού νεφελώματος / λευκού νάνου, όπου τα εξωτερικά στρώματα εκτινάσσονται, και ο κεντρικός πυρήνας συστέλλεται σε μια καυτή, εκφυλισμένη κατάσταση. Αλλά ανάμεσα στους ερυθρούς γίγαντες και των φάσεων στα πλανητικά νεφελώματα, υπάρχει η φάση του πρωτοπλανητικού (ή προπλανητικού) νεφελώματος.

Το  πρωτοπλανητικό νεφέλωμα IRAS 2006 + 84051 είναι θερμότερο από το νεφέλωμα Boomerang, αλλά εξακολουθεί να είναι μια ενδιάμεση φάση μεταξύ ενός ερυθρού γίγαντα και της κατάστασης: πλανητικό νεφέλωμα / λευκός νάνος. Εικόνα:ESA / HUBBLE & NASA

Πριν αυξηθεί η εσωτερική θερμοκρασία του αστεριού, και μετά την απομάκρυνση των εξωτερικών στρωμάτων, έχουμε ένα πρωτοπλανητικό νεφέλωμα. Μερικές φορές με τη μορφή σφαίρας, αλλά πιο συχνά σε δύο, διπολικούς πίδακες, εκτινασσόμενες εκροές ύλης βγαίνουν πέρα  από το ηλιακό σύστημα του αστεριού και μέσα στο διαστρικό μέσο. Η φάση αυτή είναι βραχύβια: διαρκεί μόνο λίγες χιλιάδες χρόνια. Υπάρχουν μόνο δώδεκα περίπου αστέρια που βρίσκονται σε αυτή τη φάση. Αλλά το Νεφέλωμα Boomerang είναι το πιο ξεχωριστό από αυτά. Το αέριο του εξαφανίζεται περίπου δέκα φορές πιο γρήγορα από το κανονικό: κινείται με ταχύτητα περίπου 164 km / s. Χάνει τη μάζα του σε υψηλότερο ρυθμό από το κανονικό: περίπου δύο φορές την ύλη του πλανήτη Ποσειδώνα κάθε χρόνο. Και ως αποτέλεσμα όλων αυτών: είναι το πιο ψυχρό φυσικό μέρος στο γνωστό Σύμπαν, με μερικά τμήματα του νεφελώματος να φθάνουν σε θερμοκρασία μόλις 0,5 K (272.65º Κελσίου) - μισό βαθμό πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Μια εικόνα χιλιοστομετρικής κυματομορφής του Νεφελώματος Boomerang, με ραδιοκυματικά  δεδομένα επικαλυμμένα στην κορυφή μιας χλωμής, όψης αυτής της περιοχής του διαστήματος στο ορατό φως. Εικόνα: NRAO / AUI / NSF / NASA / STSCI / JPL-CALTECH

Κάθε άλλο πλανητικό και πρωτοπλανητικό νεφέλωμα είναι πολύ περισσότερο θερμό από αυτό, αλλά η φυσική που κρύβεται μέσα στο νεφέλωμα αυτό είναι πολύ απλή.

Δείτε πως
Αναπνεύστε βαθιά, κρατήστε την αναπνοή σας για τρία δευτερόλεπτα και, στη συνέχεια, εκπνεύστε. Μπορείτε να το κάνετε με δύο διαφορετικούς τρόπους, κρατώντας το χέρι σας περίπου 6 "(15 cm) μακριά από το στόμα σας και τις δύο φορές.

1. Εκπνεύστε με το στόμα σας ανοιχτό και θα αισθανθείτε ότι ζεστός αέρας χαϊδεύει απαλά το χέρι σας.
2. Εκπνεύστε με τα χείλη σας φουσκωμένα, αφήνοντας ένα μικρό άνοιγμα, και ο ίδιος αέρας σας έρχεται τώρα παγωμένος.

Και στις δύο περιπτώσεις, ο αέρας στο σώμα σας έχει ζεσταθεί και παραμένει σε αυτήν την υψηλή θερμοκρασία μέχρι λίγο πριν περάσει από τα χείλη σας. Με το στόμα σας ανοιχτό, απλά βγαίνει αργά, θερμαίνοντας το χέρι σας ελαφρώς. Αλλά με ένα μικρό άνοιγμα, ο αέρας διαστέλλεται γρήγορα - αυτό που αποκαλούμε "Αδιαβατική μεταβολή" (Adiabatic process ή adiabatically) στη φυσική - και ψύχει το χέρι σας.

Εάν εκπνέυσετε με δύναμη έχοντας ενα μικρό άνοιγμα στα χείλη σας, αυτό θα κάνει τον αέρα να κρυώσει πολύ γρήγορα. Το μικρό αυτό άνοιγμα αναγκάζει τον εξαγόμενο αέρα να διασταλεί πολύ γρήγορα από ενα μικρό όγκο που κατέχει αρχικά, σε ένα μεγαλύτερο : ένα παράδειγμα αδιαβατικής διαστολής. Εικόνα: PEZIBEAR OF PIXABAY

Τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού που γέννησε το νεφέλωμα Boomerang έχουν όλες αυτές τις συνθήκες:

. μια μεγάλη ποσότητα θερμής ύλης,
. η οποία απορρίπτεται απίστευτα γρήγορα,
. από ένα μικρό σημείο (καλά, δύο σημεία),
. και η οποία έχει όλο το διαθέσιμο χώρο να διασταλεί και να ψυχθεί.

Το Νεφέλωμα του Αυγού, όπως απεικονίζεται εδώ από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, είναι ένα πρωτοπλανητικό νεφέλωμα, καθώς τα εξωτερικά του στρώματα δεν έχουν ακόμα θερμανθεί σε επαρκείς θερμοκρασίες από το κεντρικό, συστελλόμενο άστρο. Αν και παρόμοιο με πολλούς τρόπους με το νεφέλωμα Boomerang, έχει πολύ υψηλότερη θερμοκρασία. Εικόνα: NASA

Το εκπληκτικό πράγμα για το νεφέλωμα Boomerang είναι ότι είχε προβλεφθεί πριν ανακαλυφθεί! Ο αστρονόμος Raghvendra Sahai υπολόγισε ότι τα πρωτοπλανητικά νεφελώματα με τις σωστές συνθήκες - σαν εκείνα που περιγράφονται παραπάνω - θα μπορούσαν πραγματικά να επιτύχουν μια ψυχρότερη θερμοκρασία από οτιδήποτε άλλο θα μπορούσε να παρατηρηθεί στο Σύμπαν. Ο Sahai ήταν τότε μέλος της ομάδας το 1995 η οποία έκανε τις κρίσιμες παρατηρήσεις μεγάλου μήκους κύματος που καθορίζουν τη θερμοκρασία του νεφελώματος Boomerang, γνωστό πλέον ως το πιο κρύο, φυσικό μέρος του Σύμπαντος.

Ένας θερμοκρασιακός χάρτης με χρωματική κωδικοποίηση του νεφελώματος Boomerang και των  γύρω περιοχών του. Οι μπλε περιοχές, οι οποίες έχουν επεκταθεί περισσότερο, είναι η πιο ψυχρές με τη χαμηλότερη θερμοκρασία. Εικόνα: NASA / SPL

Όσον αφορά το γιατί το νεφέλωμα Boomerang εκτοξεύει όλη αυτή την ύλη τόσο γρήγορα και με τέτοιο τρόπο, αυτό είναι ένα αμφιλεγόμενο και πολύ ενεργό πεδίο έρευνας. Μέχρι στιγμής, το νεφέλωμα Boomerang είναι το μόνο πρωτοπλανητικό νεφέλωμα του οποίου η θερμοκρασία έχει πέσει κάτω από εκείνη της μετάλαμψης της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang's afterglow), αλλά δεν αποκλείεται να είναι και το μοναδικό. Είναι πιθανό να υπάρχει ακόμα πιο κρύο μέρος εκεί έξω. Πρέπει όμως να συνεχίσουμε να ψάχνουμε. Και ποιος ξέρει; Ίσως, κάποια μέρα, το αστέρι στο κέντρο του Ηλιακού μας Συστήματος - ο Ήλιος - θα σπάσει από μόνο του αυτό το ρεκόρ...

Αρθρογράφος:

Ethan SiegelSenior ContributorStarts With A BangContributor Group

ScienceThe Universe is out there, waiting for you to discover it.

……………….*………………..

Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο Facebook:

. Άρατος- Παρατηρησιακή Αστρονομία Σαλαμίνας

. Αστρονομία και Επιστήμη

. Αστροβραδιές Σαλαμίνας

Και στο blog: Αστρονομία και Επιστήμη

Πηγή

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/01/24/the-coolest-place-in-the-universe-is-colder-than-empty-intergalactic-space/?fbclid=IwAR2iqQiU9_fZFHe9mP0u8oFSYTLyI8bBLe5dlUNTSsKvLAj9ZPUMLTlSu2E#70700685fba4

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε ή κόκκινα γράμματα)

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.

 Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com  η αφήστε μήνυμα inbox στη Σελίδα:

 https:/www.facebook.com/groups/174408446026959/

 Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com . Η δημοσίευση είναι εντελώς δωρεάν.

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

 Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου. 

Για την ομάδα : @Aratosastronomy