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宇宙中最冷的地方竟然在银河系

宇宙中已知的最低温度出现在银河系,在一个距离我们只有5000光年的特殊星云中。

想象一下,在一个尽可能寒冷的地方,组成物质的粒子移动得“极其缓慢”,如此缓慢,以至于它们接近于绝对的静止。颗粒内部没有多余的热量可供吸收,也没有外部热源为其提供动力。

从理论上讲,粒子需要尽可能远离任何移动的粒子和辐射,尽可能远离恒星、星系和不断缩小的气体云,并屏蔽所有外部光子。在理想的星系间隐蔽处,除了宇宙大爆炸的余辉-2.725K的宇宙微波背景辐射为粒子提供热量之外,所有的星光都是遥不可及的。但这还不足以描述宇宙中最冷的部分,我们星系中的飞镖星云比那还要冷。

隔绝热源

无论你去宇宙的哪个地方,你都会遇到热源。你离他们越远,你就越冷。地球距离太阳1.5亿公里,温度保持在300K左右(约27°C)。但如果没有大气层,这个温度将低至50K。更进一步,太阳的供暖能力越来越弱。例如,冥王星只有44K,这足以冻结液氮。但距离最寒冷还有很长的路要走。为了隔离恒星的热量,我们需要去一个更加孤立的地方,如星际空间。

仅在星系中漫游的冷分子云只比绝对零度高10到20K。由于恒星、超新星、宇宙射线、恒风等都为星系提供能量,在银河系中很难比冷的分子云更冷。只有在离最近的恒星数百万光年的星际空间,宇宙微波背景辐射才能成为唯一的热源。

当温度低于3K时,几乎无法探测到的光子将成为周围唯一的热源。由于宇宙的所有部分都经常受到红外、微波和射电光子的轰击,你可能会认为2.725K的宇宙微波背景辐射是自然界最冷的温度。为了变得更冷,你必须等待宇宙进一步膨胀,延长光子的波长。

随着时间的推移,这当然会发生。从现在起138亿年后,当宇宙的年龄达到现在年龄的两倍时,它的温度将下降到比绝对零度只高出1K。但现在,有一个地方比星际空间最深处更冷。

飞镖星云

这个地方在银河系,只有5000光年远。1980年在澳大利亚观察到。由于它不对称的双叶外观,类似于澳大利亚土著人使用的武器旋转镖,所以这个星云被命名为回旋镖星云。进一步的研究表明它是一个前行星星云,相当于类太阳恒星死亡过程的中间阶段。

所有类似太阳的恒星都演化成红巨星,并以行星星云和白矮星的形式结束它们的生命-外层被吹走,核心塌陷成热的退化状态。但是在红巨星和行星星云之间,还有一个过渡阶段,叫做“行星前星云”。

行星前星云相位发生在恒星内部温度上升之前,恒星外层开始吹散之后。被吹走的气体通常从恒星的两极喷出,将物体从恒星系统中喷射到星际介质中。这个阶段只持续几千年。在这个阶段,只有十几颗恒星被发现,比如飞镖星云。其气体排放速率为每秒164公里,约为正常速率的10倍。因此,质量损失率高于正常值,每年大约损失两个海王星质量。鉴于此,它是宇宙中最寒冷的自然遗址,有些地区甚至达到0.5K,仅比绝对零度高出半摄氏度。

任何其他行星状和前行星状星云都比飞镖状星云热得多

,原因很简单。我们可以通过呼吸来理解:深呼吸,屏住呼吸3秒钟,然后呼气,将手放在嘴前15厘米处。你可以用两种方式来做到:

1.张开你的嘴,呼气。你能感觉到温暖的风慢慢吹进你的手中。

2.只有一个口子在嘴唇上呼气,呼吸感觉更冷。

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,直到它被呼出。当你张开嘴,呼气时,你的手会因为缓慢的气流而感到温暖。但是当你从一个小的开口呼气时,空气会迅速地互相压缩来工作,从而导致绝热膨胀,这一过程加速了空气的冷却。

产生飞镖星云的恒星的外层满足所有条件:

大量的热物质迅速从两个小嘴中喷射出来,有足够的空间扩张和冷却。

令人惊讶的是,在飞镖星云被发现之前,有人预言了它的存在。天文学家RaghvenraSahai计算出,满足上述条件的行星前星云的温度可以低于宇宙微波背景辐射。萨海在1995年参与了对飞镖星云长波的测量,他的团队测量了飞镖星云的温度,这是已知的宇宙中自然可以达到的最低温度。

飞镖星云是迄今为止发现的唯一低于大爆炸余辉的行星际星云,但它并不是唯一的一个。宇宙中可能还有更冷的地方。我们会继续调查。也许我们自己的恒星-太阳-将能够在其生命后期打破这一记录。

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