Куда бы вы ни отправились во Вселенной, везде будут источники тепла. Чем дальше вы от них ото всех, тем холоднее. На расстоянии в 150 миллионов километров от Солнца Земля поддерживает скромную температуру в 26-27 градусов по Цельсию, которая была бы градусов на 50 холоднее, не будь у нас атмосферы. Еще дальше — и Солнце будет нагревать объекты все меньше и меньше. Плутон, к примеру, температурой в -229 градуса по Цельсию: достаточно холодный, чтобы жидкий азот замерз. Мы можем отправиться еще дальше, в межзвездное пространство, где ближайшие звезды будут в световых годах от нас.
Холодные молекулярные облака, которые бродят изолированно по всей галактике, еще холоднее, на несколько градусов выше абсолютного нуля. Поскольку звезды, сверхновые, космические лучи, звездные ветры и все остальное обеспечивают галактику энергией в целом, сложно найти что-то еще более холодное в Млечном Пути. Но если выйти в межгалактическое пространство, за миллионы световых лет от ближайших звезд, единственным, что будет поддерживать вас в тепле, будет послесвечение Большого Взрыва, космический микроволновый фон.
При температуре ниже 3 градусов по Цельсию выше абсолютного нуля эти едва обнаруживаемые фотоны являются единственным источником тепла. Поскольку каждое место во Вселенной постоянно бомбардируется этими инфракрасными, микроволновыми и радиофотонами, можно подумать, что 2,725 градуса Кельвина (-270,42 по Цельсию) — это самое холодное, что можно найти в природе. Чтобы испытать температуру холоднее, нужно подождать, пока Вселенная расширится еще больше, растянет длины волн этих фотонов и остынет до еще более низкой температуры. И это произойдет, конечно же, но не скоро. К этому моменту Вселенная станет в два раза старше — пройдет еще 13,8 миллиарда лет — и самая низкая температура едва ли будет превышать хотя бы один градус выше абсолютного нуля. Однако вы уже сейчас можете найти место, которое холоднее самых глубоких глубин межгалактического пространства.
Даже далеко ходить не придется. Это туманность Бумеранг, расположенная всего в 5000 световых годах от нас, в нашей собственной галактике. В 1980 году, когда ее впервые наблюдали в Австралии, она была похожа на двудольную асимметричную туманность, за что ее и прозвали «бумерангом». Последующие наблюдения показали, что эта туманность является в действительности препланетарной туманностью, промежуточным этапом в жизни умирающих звезд типа Солнца. Все подобные звезды эволюционируют в красных гигантов и заканчивают свою жизнь в виде планетарной туманности и белого карлика, когда внешние слои раздуваются, а центральное ядро сжимается. Но между красным гигантом и планетарной туманностью есть фаза препланетарной туманности.
Перед тем как внутренняя температура звезды повысится, но после того, как начнется выталкивание внешних слоев, мы получим препланетарную туманностью. Иногда в виде сферы, но чаще в виде двух биполярных джетов, она будет выбрасывать вещество из солнечной системы в межзвездную среду. Этот этап очень короткий: всего несколько тысяч лет. Пока что в такой фазе было обнаружено около десятка звезд. Но туманность Бумеранга особенная даже среди них. Ее газовые джеты выбрасываются в десять раз быстрее, чем обычно, двигаясь на скорости около 164 километров в секунду. Она теряет массу быстрее, чем положено: каждый год улетучивается материал на несколько Нептунов. В результате получается самое холодное место в известной Вселенной, и в некоторых частях туманности температура составляет около 0,5 градуса Кельвина: полградуса выше абсолютного нуля.
Все остальные планетарные и препланетарные туманности гораздо теплее, но почему так происходит — это объяснить очень просто. Попробуйте глубоко вдохнуть, задержать дыхание на три секунды и затем выпустить воздух. Можно проделать это двумя способами, удерживая руку на расстоянии 15 сантиметров от вашего рта.
- Можно выдохнуть широко разинутым ртом и почувствовать, как теплый воздух мягко ударяется о вашу руку.
- Можно вытянуть губы трубочкой и выдуть холодный воздух.
В обоих случаях воздух нагревается внутри вашего тела и остается такой же температуры прежде, чем проходит через ваши губы. Но если рот широко открыт, воздух выходит медленно и слегка нагревает руку. Если же он выходит через маленькое отверстие, воздух быстро расширяется и остывает.
Внешние слои звезды, которые породили туманность Бумеранг, находятся в таких же условиях:
- много горячего вещества
- которое быстро выбрасывается
- из крошечной точки (а точнее, двух)
- расширяется и остывает.
Но что особенно интересно, так это то, что туманность Бумеранг предсказали еще до того, как нашли. Астроном Ражвендра Сахай подсчитал, что препланетарная туманность при определенных условиях — что были описаны выше — действительно может достичь более низкой температуры, чем все другие места во Вселенной. Сахая затем вошел в состав команды в 1995 году, которая проделала важные длинноволновые наблюдения и определила температуру туманности Бумеранг. Теперь это самое холодное известное место во Вселенной.
