Средняя температура нашей планеты составляет 300 Кельвинов, что соответствует расположению на удалении свыше 149 миллионов километров от Солнца. На иных планетах наблюдается еще более низкая температура: например, на Плутоне она колеблется около значения в 44 Кельвина, а за пределами нашей Солнечной системы становится еще прохладнее.
Вещество, содержащееся в молекулярных облаках, свободно перемещающихся по галактике на расстояниях в световые годы от ближайших звезд, характеризуется температурой в диапазоне от 10 до 20 Кельвинов, что близко к абсолютному нулю. В галактике не встречается более холодных объектов: все ее области так или иначе подвержены воздействию излучения, исходящего от звёзд.
При рассмотрении межгалактического пространства можно столкнуться с еще более низкими температурами, чем в удалённых молекулярных облаках, лишенных источников излучения. Галактики разделены огромными промежутками, простирающимися на миллионы световых лет, и единственным видом излучения, достигающим всех уголков космоса, является реликтовое микроволновое излучение, оставшееся после Большого Взрыва. Температура этого реликтового излучения определяет температуру межгалактического пространства, которая не может опуститься ниже отметки в 2,725 Кельвина. Возможно возникновение ощущения, что в природе не существует более холодных мест. Однако это предположение ошибочно.
Более точная формулировка будет заключаться в том, что это не так. Для того чтобы температура излучения в межгалактическом пространстве снизилась ниже 2,725 Кельвина, потребуется дополнительное расширение Вселенной (которое уже происходит со скоростью приблизительно 770 километров в секунду на расстояние 3,26 миллиона световых лет). В настоящее время возраст Вселенной составляет 13,78 миллиардов лет, и когда ее размеры увеличатся вдвое, реликтового излучения будет достаточно лишь для поддержания температуры на уровне чуть выше абсолютного нуля.
Предлагаем неожиданный факт: обнаружить столь холодное место во Вселенной уже возможно! И при этом оно расположено относительно недалеко от нас – в туманности Бумеранг, находящейся на расстоянии около 5000 световых лет от Земли.
В самом сердце туманности Бумеранг располагается умирающая звезда, изначально являвшаяся желтым карликом, подобным нашему Солнцу. Как и другие звезды того же спектрального класса, она прошла стадию красного гиганта и завершила свое существование в виде системы, состоящей из белого карлика и окружающей его препланетарной туманности.
Препланетарная туманность представляет собой остатки вещества с внешних слоев красного гиганта, которые были отброшены, когда ядро звезды начало сжиматься до состояния белого карлика. Однако для формирования планетарной туманности, красный гигант должен предварительно пройти стадию препланетарной туманности. И при наличии определенных условий в препланетарной туманности температура может опуститься до самых низких значений во Вселенной. Это было установлено благодаря расчетам индийского астронома Равендры Сахая, а его команда позднее создала температурную карту туманности Бумеранг, подтвердив наличие там исключительно низких температур.
Препланетарная туманность формируется в момент повышения температуры ядра звезды, когда ее внешние слои начинают отделяться. Выброс вещества обычно происходит в виде одного или двух струй – потоков плазмы, исходящих из верхних слоев звезды. Эти струи существуют недолго по космическим меркам: всего несколько тысяч лет. Благодаря высокой скорости движения плазмы в струях (что наблюдается и в Бумеранге), звезда теряет вещество с огромной скоростью. Именно эта исключительная скорость, с которой вещество покидает звезду, приводит к образованию областей, где температура вещества достигает 0,5 К – самой низкой температуры во Вселенной.
Объяснение данного эффекта аналогично тому, почему воздушный поток, формируемый при выдувании через сжатые губы, демонстрирует температуру ниже 36,6 °C по сравнению с воздухом, выдыхаемым при расслабленном рте. В данном процессе тепловая энергия молекул тратится на увеличение кинетической энергии потока воздуха, что приводит к его охлаждению.