Считается, что нет места во вселенной, а может и вообще во всем, что существует и не может пока быть объято нашими технологиями, где бы не было источника тепла.

Хотя понятно, что чем дальше мы забредаем от источника нагрева, тем ниже температуры. Но даже на таком далеком расстоянии (150 миллионов км) наше светило в совместной работе с Землей умудряется поддержать средний градус – двадцать семь единиц по Цельсию. Правда аккумуляция тепла возможна лишь благодаря присутствию атмосферы. Иначе было бы градусов на пятьдесят холоднее. Страшно представить, какие температуры могут быть еще дальше от Солнца. Привести в пример стоит Плутон – там измерения показывают минус двести двадцать девять по Цельсию. Там даже жидкий азот замерзает.

Однако все это не так угрожающе выглядит, если подумать, что есть еще и молекулярные облака. А они еще холодней, разве чуть теплей, чем абсолютный ноль. Но в свою очередь звезды, лучи космические, ветры, сверхновые и прочие формирования дарят часть своей энергии Млечному пути, то, казалось бы, совершено невозможно обнаружить более холодный объект. Но стоит только высунуть нос вперед на еще большее число лет световых, то единственным теплообразователем будет лишь послесвечение от Большого взрыва, этакий микроволновой feedback в космосе. Известно, что при t^оC, поднимающихся чуть выше нулевого абсолюта, небольшие частички являются одним-единственным крайне слабым ключом тепла.

Отметим, что практически каждый объект претерпевает бомбардировку частицами инфракрасного типа, микроволонового вида и радиофотонами. По этой причине может сложиться мнение, что -270,42 по Цельсию – самое холодное место, которое можно вообразить. Но холодней все же может стать, если Вселенная продолжит расширяться (а она точно будет), растягиваться. В таком случае будут растягиваться и длину волн фотонов. Это приведет к остыванию.

В конце концов, Вселенная остынет. Скорей всего, ко времени охлаждения Вселенной будет в два раза больше лет. Иными словами, пройдет где-то почти четырнадцать миллиардов лет, после чего температура вряд ли превысит одного градуса от нулевого абсолюта. Если не хочется ждать столько лет, которые просто никто из нас не переживет, можно найти область, которая уже сегодня самая холодная.

Далеко за холодными областями путешествовать не доведется. Туманность, знакомая под наименованием Бумеранг, сформировалась в пяти тысячах световых годах от нас. Еще несколько десятков лет назад наблюдатели из Австралии обратили внимание на своеобразную конфигурацию ассиметричной двудольности туманности, поэтому и дали ей такое прозвище.

Бумеранг относится к туманности планетарного типа. Считается фазой промежуточного характера в жизнедеятельности умирающих звезд вроде нашего Светила. В процессе своей эволюции сходные звезды заканчивают свое существование как раз в роли туманности, в облике белого карлика. Происходит раздувание наружных слоев, ядро же существенно сжимается. Однако изначально происходит переход в красного гиганта.

Породившие Бумеранг слои находятся у следующих условиях. Присутствует огромное количество горячих субстанций. Эти формирования стремительно выбрасываются. И затем из небольшой точки быстро растягиваются, расширяются и в конце остывает.

Существование туманности Бумеранг было предсказано задолго до ее обнаружения. И сегодня считается наиболее холодным образованием в нашей Вселенной.

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.

Это лишь переходная фаза, так как Бумеранг планирует стать полноценной планетарной туманностью. Появилась во время гибели массивной звезды, теряющей массу и вытолкнувшей материал. Теперь пылевые и газовые облака освещаются ее свечением. За 1500 лет она растратила в 1,5 раза больше солнечной массы. В отличие от таких же звезд теряет массу в 10 раз интенсивнее. Этот этап длится всего тысячу лет.

Белый карлик в центре продолжает выталкивать материал, а газ движется, поэтому туманность не прекратила формирование. Скорость расширения – 164 км/с. Газ по мере удаления остужает туманность до крайне низких температурных показателей. Более того, эта туманность прохладнее чем слабое реликтовое излучение Большого Взрыва.

Центральная часть туманности Бумеранг в созвездии Центавра перекрывается пылевой заслонкой, поэтому туманность иногда напоминает песочные часы. В структуре присутствует крупное круглое облако молекулярного газа. Оно стремительно увеличивается и намного плотнее пылевого облака вокруг звезды. Меньшее облако похоже на пончик и затеняет свет от звездного экватора.

Вокруг умирающей звезды сконцентрированы также цилиндрические туманности, сформированные струями водорода или гелия из звездных полюсов.

В 1980 году туманность получила современное наименование от Кейта Тейлора и Майка Скарротта. Они отслеживали ее 3,9-метровым Англо-австралийским телескопом. Им удалось определить лишь немного изогнутую форму лишенных симметрии долей.

О ее морозных условиях узнали в 1995 году при исследовании 15-метровым телескопом SEST в Обсерватории Ла-Силья. Детальные снимки Хаббла в 1998 году показали, что там нет формы бабочки, а газовое облако оказалось сферическим.

ALMA в 2013 году указала на двойную лопасть, вокруг которой сконцентрировался большой объем остывшего газа. Полагают, что внешние области медленно нагреваются, но все еще не дотягивают к реликтовому излучению.

Если вы ищите необычные места, то познакомьтесь с туманностью Бумеранг. В 1995 году 15-метровый телескоп SEST показал, что она стоит на первом месте по холоду во всей Вселенной. Ее температура опускается до -272°С. Даже реликтовое излучение (-270°С) теплее. Пока это единственный объект в своем роде. Этот снимок был раздобыт в 1998 году телескопом Хаббл. Вы видите слабые и призрачные нити в искаженном газе. Из-за формы бабочки она сильно отличается от привычных планетарных туманностей, чьи лопасти обычно похожи на взорванные пузыри. Возможно, все дело в молодости туманности, которая просто не успела дойти до этого этапа. Все еще неясно, почему эти образования обладают таким разнообразием форм. Экспозиция – 1000 секунд через зелено-желтый фильтр. Свет поступает от звезды в центре и отражается пылевыми частичками.

Астрономы, работающие с радиотелескопом ALMA, получили детальные изображения туманности PGC 3074547, она же туманность Бумеранг. В этой предпланетной туманности, которая также известна в качестве самого холодного места Вселенной, обнаружился «призрак», облако газа необычной формы.

Исследователи из Австралии, США и Чили использовали крупнейший радиотелескоп ALMA для того, чтобы зафиксировать радиоизлучение, испускаемое туманностью Бумеранг на частоте 115,2712 гигагерца. Это излучение, соответствующее микроволновому диапазону, было выбрано не случайно, а из-за того, что именно на такой частоте излучают молекулы оксида углерода CO, угарного газа.

Наблюдения с использованием такой длины волны позволили исследователям увидеть облака межзвездного газа (где есть такие молекулы) с минимумом посторонних помех и получить наиболее четкие изображения туманности.

Туманность Бумеранг, отстоящая от Земли примерно на пять тысяч световых лет и наблюдаемая на фоне созвездия Центавра, была названа так после ознакомления ученых с первыми снимками, где она действительно напоминала австралийское метательное орудие. Позже более качественные изображения, полученные космическим телескопом «Хаббл», выявили ее истинную форму: объект PGC 3074547 оказался напоминающим скорее песочные часы. В их центре находится стареющая звезда, а обе половинки сформированы выброшенным звездой веществом: на радиоизображениях астрономы ожидали увидеть нечто подобное, однако реальные результаты оказались несколько иными.

В радиодиапазоне светящееся облако газа оказалось заметно шире и протяженнее. Узкой перемычки песочных часов ученые не нашли, зато в центре обнаружился яркий источник излучения в микроволновом диапазоне: по мнению авторов исследования, это излучение создает нагретая пыль, размер частиц которой может превышать отметку в один миллиметр.

Кроме того, излучал и газ вблизи холодного потока, который ранее считался одним из самых холодных мест во Вселенной. По мнению исследователей, газ сначала остывал при резком расширении, а затем снова нагревался за счет облучения его ультрафиолетовым излучением от звезды в центре туманности.

Без привлечения каких-то специальных механизмов, вроде быстрого расширения газа, вещество во Вселенной не может остывать до температуры, меньшей температуры реликтового излучения. По этой причине даже расположенные вдали от звезд облака газа не могут быть холоднее нескольких кельвинов.

Центральная звезда туманности Бумеранг стремительно теряет массу, гораздо быстрее, чем это наблюдается у других похожих объектов. За последние полторы тысячи лет она потеряла полторы массы нашего Солнца – а изначально была в 4 раза его тяжелее. При коллапсе красного гиганта звезда начинает выделять вещество одним-двумя джетами – потоками плазмы из внешних слоев звезды. Если выброс происходит достаточно быстро, тепловая энергия вещества переходит в кинетическую энергию движения – и газ начинает расширяться. Звездный ветер несет потоки газа от центральной звезды Бумеранга с огромной скоростью – около 164 км/с, а материя, образовавшаяся в результате эволюции звезды, распространилась на расстояние 120 тысяч а.е. Из-за стремительного расширения газа туманность охладилась примерно до 1 градуса Кельвина, что всего на градус выше абсолютного нуля. Это делает туманность самым холодным регионом во Вселенной.

Абсолютный нуль –это минимальный предел температуры, который может иметь физическое тело во Вселенной. Он является точкой отсчета градусной меры шкалы Кельвина, а на привычном нам термометре покажет -273,15°С. Хотя в рамках применимости термодинамики абсолютный нуль недостижим, есть места во Вселенной, очень близкие к нулевой отметке. Например, в наиболее плотных молекулярных облаках из-за большого расстояния до ближайших звезд температура всего около 10К. Более низкой температуры в галактиках нет – остальные места более или менее согреты излучением звезд. Но межгалактическое пространство не согревается светом светил, его температуру поддерживает лишь оставшееся после Большого взрыва реликтовое излучение – а это на данный момент примерно 2,72К.

Туманность Бумеранг холоднее даже реликтового излучения, и ученые продолжают пристально следить за ней и пробуют исследовать ее различными методами. Однако на Земле, в Лаборатории холодного атома, удалось создать еще более холодный конденсат Бозе-Эйнштейна с температурой 1,7×10^-7К.