宇宙中最冷的地方是哪裏?


據外國媒體報道,天文學家近日借助世界規模最大的毫米級/亞毫米級地麵射電望遠鏡陣列阿塔卡瑪,揭開了宇宙最冷之地的真實麵貌。而在對距離地球5000光年的布莫讓星雲進行觀測時發現,這個一直被稱做回力棒的星雲,其實有著另一種外形。研究結果被認為對理解恒星的死亡過程以及其如何演變為行星狀星雲都有十分重要的意義。

布莫讓星雲是目前已知的宇宙中最冷的地方。

根據科技日報報道,布莫讓星雲是目前已知的宇宙中溫度最低的地方,達到了驚人的-272℃。其冰冷程度不僅超過大爆炸造就的宇宙背景的溫度,與絕對零度相比也僅僅高了1.15℃。

此前,這個天體之所以被稱作回力棒星雲,是因為天文學家最初使用地麵望遠鏡對其進行觀察時,發現其彎曲的外觀與澳洲土著使用的武器回力棒相似,便以此命名。隨著技術手段的進步,1998年,哈伯太空望遠鏡的觀測結果對這一形狀進行了修正——看起來更像一個蝶形的領結。不過,ALMA望遠鏡最近提交的資料顯示,前輩哈伯望遠鏡也隻是窺豹一斑,所謂的雙葉形結構或許隻是光在可見波長下向人類展示的一個把戲。

布莫讓星雲圖片

這個終極冷酷的星體令我們著迷。借助ALMA,我們得以對它的本質進行了更深入的認知。美國國家航空太空總署(NASA)噴氣推進實驗室首席研究員拉夫文德拉·薩哈伊表示。他作為第一作者,將論文發表於近期的《天體物理期刊》上。

在薩哈伊看來,人們從地麵光學望遠鏡看到的星雲外觀,確實是一個類似領結的雙葉形或者一端有缺口的回力棒,但真實情況卻是一個快速向太空中擴展、範圍更為廣大的結構。

位於半人馬座的布莫讓星雲,是一個相對年輕的行星狀星雲,即處於生命末期的恒星的形態。此時恒星的外層已經拋散至太空,隻存中心位置的白矮星不斷發射著強烈的紫外輻射,令星雲中的氣體發光,並發出明亮色彩。

薩哈伊指出,哈勃望遠鏡觀察之所以得到領結的形象,在於雙葉形狀是大多數行星狀星雲常具有的外觀——當高速氣流從恒星中向外噴射而出時,它們會在周圍由先前紅巨星形態下所噴發的物質形成的氣體雲中,衝出一條圓形的空洞。

ALAM望遠鏡的結果證實了這一點。但天文學家發現,布莫讓星雲的雙葉形結構隻存在於內部區域,而外層則是一片拉長的、近乎圓形的低溫氣體雲。另外,他們還找出了雙葉形結構形成的原因——包裹著恒星的一層毫米級塵埃顆粒。這些塵埃粒遮蔽了恒星中心發出的部分光線,逼迫其隻能通過狹窄的反方向通道進入氣體雲,最終呈現出人們最初觀察到的特殊外形。

 

雖然宇宙中的恒星數量極多,但宇宙空間其實很冷,其平均溫度大約為零下270.42攝氏度(理論上最低的溫度絕對零度為零下273.15攝氏度),這是彌漫在整個宇宙的微波背景輻射的溫度。除了在實驗室中實現的人造低溫之外,天文學家在宇宙中發現的最冷地方令人意想不到:一片圍繞著垂死恒星的星雲。這片星雲被稱為回力棒星雲(又稱布莫讓星雲),其溫度低至零下272.15攝氏度,僅比絕對零度高了1度,使其成為目前已知宇宙中最冷的自然地方。那麼,為什麼這片星雲的溫度會如此之低呢?

回力棒星雲是行星狀星雲的前身,這是一片年輕的星雲,在其中間是一顆正在死亡的恒星。這顆恒星的結構已經非常不穩定,正在拋射出高速運動的氣體,速度高達164千米/秒。隨著這些氣體在太空中快速運動,它們的體積隨之迅速膨脹,從而使溫度急速下降。這裏稍微解釋一下氣體體積膨脹導致溫度下降的原理:因為氣體的體積膨脹,氣壓下降,從而減慢氣體分子的熱運動速度。溫度用於表征分子熱運動的快慢,氣體分子運動越慢,則氣體就越冷。這就是為什麼回力棒星雲的溫度甚至比宇宙大爆炸殘留下的微波背景輻射還要冷。

在大約50億年之後,我們的太陽也會經曆這個過程。到那時,太陽中心的氫燃料耗盡,結構變得不穩定,太陽會不斷向太空拋射氣體。太陽的體積不斷膨脹,將會演變成紅巨星。不久之後,紅巨星的外層氣體被大量拋入太空中,形成行星狀星雲。而中心則會坍縮成白矮星,然後在宇宙中慢慢冷卻。

目前,人類在地球上實現的最低溫度為零下273.1499999999攝氏度,遠遠低於回力棒星雲的溫度,這是人類已測量到的最低溫度。


宇宙中最冷的溫度是熱力學溫度中的絕對零度,為零下273.15攝氏度。

絕對零度是指原子絕對靜止的溫度。物體的溫度實際上就是原子在物體內部的運動。當我們感到一個物體比較熱的時候,就意味著它的原子在快速運動;當我們感到一個物體比較冷的時候,則意味著其內部的原子運動速度較慢。然而,熱力學定律也同時規定,絕對零度永遠無法達到,隻可無限逼近。因為任何空間必然存有能量和熱量,也不斷進行能量和熱量的相互轉換。

目前發現,即使在遙遠的星球上或在空無一物的宇宙空間,也存在溫度,達不到絕對零度。在遙遠的冥王星上,太陽已經成為一顆小光點,不會給冥王星帶來熱量了,那裏的溫度為-234.4℃,幾乎是太陽係中最冷的溫度了。在宇宙空間,也存在絕對溫度2.7度的溫度。但這還不是宇宙中最冷的地方。

在某些星雲內部,幾乎達到了絕對零度。科學家發現,有一個行星狀星雲,叫“回力棒星雲”,位於半人馬星座,距離地球約5000光年。其內部溫度隻有絕對溫度1度就是約零下272攝氏度,是“宇宙中已知的最冷天體”,也是目前發現的宇宙中最冷的地方。


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