宇宙中最冷的地方在哪里？自然条件下的最低温度又是多少？

哈勃望远镜拍照的旋镖星云五颜六色图画。

这颗恒星喷出的气体快速胀大，导致其在绝热状态下冷却，其内部部分区域的温度乃至低于大爆炸的余辉。

（图片来历：NASA/HUBBLE/STSCI）

来历：举世科学

撰文：Ethan Siegel 、Starts With A Bang团队

不考虑实验室中人工的低温环境，世界中最冷的当地在哪里？天然条件下的最低温度又是多少？

在咱们的幻想中，最冷的当地应该空无一物——没有移动的粒子、没有额定的辐射，只要无处不在的世界微波布景辐射。

可是，现实并非如此。

已知的世界最低温度，就出现在银河系内，间隔咱们仅5000光年的一个特别星云中。

尽你所能幻想一个极寒之地，其间组成物质的粒子运动“极”慢，慢到挨近肯定停止。

在内部没有剩余的热量供粒子吸收，外部也没有热源为其供能。

理论上来说，这个粒子需求离任何移动粒子及辐射越远越好，此外还要尽或许地远离恒星、星系和缩短的气体云，而且屏蔽掉一切外部光子。

在星系间最理想的荫蔽之地，一切的星光都照耀不到，只要大爆炸的余辉——2.725 K的世界微波布景辐射给粒子供给热能。

但这还不足以描绘世界中最冷的当地，咱们自己星系中的旋镖星云就比那里更冷。

阻隔热源

不管你去往世界何处都会遇上热源，你离它们越远就越冷。

地球距太阳1.5亿千米，温度保持在300K（约27℃）左右。

但假如没有大气层，这个温度将会低近50K。

再往远处走，太阳的供热才干就越来越弱了。

比方冥王星只要44K，这个温度足以使液氮冻住。

但这还离最冷有一段间隔，为了阻隔恒星的热能，咱们需求去一个更为孤立的当地，比方星际空间。

在星系中单独周游的冷分子云温度仅比肯定零度高出10 K到20 K。

因为恒星、超新星、世界射线、恒星风等都会为星系供给能量，因而在银河系内很难比冷分子云更冷。

只要在星际空间中，间隔最近恒星也有数百万光年的情况下，世界微波布景辐射才干成为仅有的热源。

假如微波可视，夜空看起来会像代表2.7 K的绿色椭圆形，中心的“噪音”是由咱们较热的星系平面形成的。

这种带有黑体光谱的均匀辐射就是世界微波布景辐射，是世界大爆炸余辉的依据。

（图片来历：NASA / WMAP SCIENCE TEAM）

当温度低于3K时，简直无法检测到的光子将成为四周仅有的热源。

因为世界遍地都会不断遭到红外、微波和射电光子的炮击，你或许认为世界微波布景辐射的2.725 K就是天然界中的最冷温度了。

想要更冷，就得等世界进一步胀大，拉伸光子波长。

假以时日，这当然会发作。

138亿年后，等世界年纪到达现在的两倍，其温度会降到仅比肯定零度高1K。

但现在，就有一个当地比星际空间最深处还冷。

旋镖星云是一个年青的成型中行星状星云，也是现在所知世界中最冷的当地。

（图片来历：ESA/NASA）

旋镖星云

这个当地就在银河系中，间隔咱们仅5000光年。

1980年，它于澳大利亚被观测到。

因其不对称的两叶状外观与澳大利亚土着运用的兵器回旋镖类似，该星云被命名为“旋镖星云”（Boomerang Nebula）。

进一步的研讨标明它是一个前行星状星云，相当于类太阳恒星逝世进程的中心阶段。

一切类太阳恒星都会演变成红巨星，并以行星状星云、白矮星结合体的方法完毕生命——外层被吹走，中心坍缩成热的简并态。

可是在红巨星和行星状星云之间，还有一个被称作“前行星状星云”的过渡阶段。

前行星状星云IRAS 2006+84051比旋镖星云更热，但也处于红巨星到行星状星云/白矮星的过渡阶段。

（图片来历：ESA/HUBBLE & NASA）

前行星状星云阶段出现在恒星内部温度升高之前，在恒星外层开端被吹走之后。

被吹走的气体通常在恒星的南北极发作喷发，喷发物从恒星体系被抛射至星际介质中。

这个阶段只持续时间短的几千年。

现在仅发现了十几颗处在这个阶段的恒星，旋镖星云就是其间一例。

它的气体排出速度为每秒164千米，大约是正常速度的10倍。

因而其质量丢失的速度也要高于正常值，每年大约丢失两个海王星的质量。

鉴于此，它是已知世界中最冷的天然场所，某些区域乃至到达0.5K，仅比肯定零度高半摄氏度。

旋镖星云的毫米波长图，这个空间区域的暗淡可见光视图被无线电数据掩盖。

（图片来历：NRAO/AUI/NSF/NASA/STSCI/JPL-CALTECH）

任何其他行星状和前行星状星云都比旋镖星云热得多，原因很简单。

咱们能够经过呼吸来了解：深呼吸，憋气3秒再呼出，将手放在嘴巴15厘米前。

你能够用两种方法别离完结：

1、张大嘴呼气，你能感遭到暖风缓慢吹到手上。

2、嘴唇仅留一条缝吐气，此刻呼出的气感觉较冷。

在这两种情况下，你吸入的空气被加热并保持在较高的温度，直到被呼出。

张大嘴呼气时，因为脱离的气流较慢，你的手会感到温暖。

可是当从一个很小的开口呼气时，空气会敏捷相互揉捏向外做功，发作绝热胀大，这一进程加快了空气冷却。

诞生了旋镖星云的恒星外层满意一切条件：很多热物质被从两个小口快速喷发出，并有满足空间胀大并冷却。

奇特的是，有人在旋镖星云被发现前就现已预言了它的存在。

天文学家Raghvendra Sahai曾经过核算提出，契合前述条件的前行星状星云的温度，能够低于世界微波布景辐射。

Sahai尔后在1995年参加了对旋镖星云长波的丈量，其团队测定的旋镖星云温度，是现在已知世界中可天然到达的最低温。

旋镖星云及其周围区域的温度图。

蓝色区域的胀大最大，所以温度最低。

（图片来历：NASA / SPL）

旋镖星云是现在发现的仅有一个温度低于大爆炸余辉的前行星状星云，但它不是仅有的一个，世界中还或许有更冷的当地。

咱们还将持续寻觅。

说不定，咱们自己的恒星——太阳，也能在其生命晚期打破这项纪录呢。