Туманность Бумеранг: самый холодный объект во Вселенной с аномальной температурой
С древности людей интересовало причина изменений температуры — как она возникает, почему поднимается или опускается. На тот момент было понимание, что каждому веществу присуща особая невесомая субстанция — теплород. Ему приписывали свойства по изменению температурного режима.
Но теперь мы знаем, что температура вещества изменяется благодаря движению молекул. Однако ученые интересуются, как искусственным путем достичь абсолютного нуля, поскольку подобный эксперимент позволит заглянуть в природу квантовой механики и запустить процессы для изучения новых, пока неведомых состояний вещества.
Холод во Вселенной
В космосе температура близка к абсолютному нулю (по Кельвину), однако из-за радиации, возникшей вследствие большого взрыва, она не может опуститься. Впрочем, астрофизиками было зафиксировано самое холодное место за пределами нашей галактики — туманность Бумеранг.
Относительно молодая туманность находится в созвездии Центавр и расположена в 5 тыс. световых лет от Земли (4,73×10 16 км). Она образовалась из-за выброса газов расположенной здесь ранее звезды. Теперь сама туманность выбрасывает газы со скоростью 500 тыс. км/с. Из-за такой скорости молекулы газа охлаждаются до -271 ° С. На данный момент это самая низкая температура в естественных условиях.
Холод на Земле
Но абсолютный ноль равен -273,15 ° С, и здесь свойства материи уже не отличаются. То есть не важно — вода, газ или твердое состояние. Ученых интересуют такие состояния, поэтому они пытаются их создать искусственным путем.
В начале нового тысячелетия они смогли приблизить почти до нуля радий и газ натрия. Однако земные возможности не способствуют таким экспериментам, поэтому продолжили его на МКС. И здесь в 2014 году исследователям удалось опустить температуру вещества, превышающую ноль на одну миллиардную долю. Сейчас это — максимально низкая зафиксированная температура.
Источник
5 научных открытий, которые поражают своим холодом
Наука, без сомнения, является одной из самых интересных вещей во Вселенной. И она не перестаёт поражать нас каждый день. Мы раскрыли многие тайны мира, которые ранее приписывали мифическим существам, и, возможно, недалёк тот день, когда ответы почти на все вопросы будут известны. Впрочем, сам факт их раскрытия не убережет нас от мракобесия и глупости. Но у каждого есть доступ к плодам учёных, которые помогают сделать человека лучше. BroDude внимательно следит за новыми или интересными научными открытиями и не перестанет рассказывать о том, что может тебя удивить. На этот раз подборка включает в себя действительно удивительные открытия.
1. Абсолютный ноль
Ультрахолодные эксперименты проводятся на самом современном оборудовании, которое доступно в наш век. Но, как это обычно бывает, теория идёт впереди практики и технических возможностей. Идея об абсолютном нуле возникла прежде, чем у каждого из нас появились холодильные камеры. Это был XVIII-XIX век, когда в 1702 году ученые предположили возможность конечной температуры, а в 1848 году лорд Кальвин разработал теорию, согласно которой её значение было -273,15 градусов по Цельсию.
Температура – это энергия, связанная с движением частиц, а абсолютный ноль – это тот момент, когда частицы останавливаются. Это не просто конец шкалы температур, это её отсутствие. Температура лишается возможности передачи тепловой энергии.
Абсолютный ноль – это не просто цифра на термометре, это граница существования, за которой ничего нет. Это минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной. Мы нашли это значение гораздо раньше, чем изобрели холодильники. А теперь, благодаря кропотливому изучению этого вопроса, у тебя есть лёд в твоём коктейле.
2. Мы увидели, как Вселенная испускает свой первый свет
Учёные не просто так говорят о том, что происходило миллиарды лет назад. Чего стоит только факт того, что мы в состоянии увидеть первый свет, испускаемый нашей Вселенной.
Существование реликтового излучения было предсказано ещё Гамовым в рамках теории Большого взрыва. А термин ввёл наш астрофизик И.С. Шкловский. По сути, реликтовое излучение – это микроволновое фоновое излучение, которое существовало уже в первые 400 000 тысяч лет Вселенной (очень мизерный срок, если говорить о космосе).
Более 13 миллиардов лет назад Вселенная расширялась достаточно настолько, чтобы можно было увидеть свет. И этот свет по-прежнему есть, и мы можем увидеть его. Мы будто смотрим на детские фотографии нашего космического дома. И этот свет нам о многом говорит, потому что Вселенная тогда была иной. И реликтовый свет имеет лишь 3 градуса выше абсолютного нуля, когда изначально он имел температуру в 3000 градусов по Цельсию.
3. Мы нашли самый холодный естественный объект во Вселенной
Вселенная, словно бесконечный магазин игрушек, – никогда не знаешь, что ожидает тебя в следующем отделе. Но поиск конкретных объектов походит на поиск иголки в стоге сена при допущении, что этот стог сена размером с звезду. Несмотря на трудности, людям всё-таки удаётся найти что-то уникальное в наблюдаемой Вселенной.
Этой крутой штуковиной оказалась Туманность Бумеранг, расположенная на расстоянии в 5000 световых лет от Земли в созвездии Центавра. В 1995 году 15-метровый субмиллиметровый телескоп Европейской южной обсерватории в Чили смог определить эту туманность как самое холодное из известных мест во Вселенной. Температура туманности равна -272 градуса по Цельсию. О чём это говорит? О том, что данная планетарная туманность даже холоднее, чем реликтовое излучение от Большого Взрыва. На данный момент это единственный астрономический объект, который обладает настолько низкой температурой.
4. Космическая обсерватория Планка
Она, кстати говоря, тоже холодная, ведь без охлаждения этой космической обсерватории, которая размещена, соответственно, в космосе, невозможно будет получить оригинальные фотоны от реликтового излучения.
Система охлаждения Планка является шедевром техники низких температур. И она прекрасно работает в течение многих лет, обеспечивая нас наиболее точными измерениями космологических данных. Её работа не просто дала нам представление о ранней Вселенной, она дала нам карту этой самой Вселенной. В период с 2009 по 2010 года астрономический спутник Европейского космического агентства успешно закончил свою основную работу, а дополнительная миссия завершилась уже в октябре 2013 года.
В общем, это устройство уже на пенсии, так что не будет лишним вспомнить его заслуги:
– мы узнали, что мир состоит на 4,9% из обычного вещества, на 26,8% из тёмной материи и на 68,3% из тёмной энергии;
– мы узнали, что с момента большого взрыва прошло 13,80 млрд лет;
– существуют три типа нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино;
– было подтверждено отличие спектра первоначальных возмущений материй от однородного.
5. Cамое холодное вещество
Вселенной удалось создать туманность, которая всего лишь на одну степень выше абсолютного нуля. Таким образом, Туманность Бумеранг является самым холодным объектом в наблюдаемой Вселенной. Но человек использовал пару тонн брутальной науки, чтобы обойти Вселенную и в этом, создав такую штуку, как конденсат Бозе-Эйнштейна.
Что это такое? Это агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли градуса выше абсолютного нуля). За создание этого конденсата учёным присудили Нобелевскую премию по физике. Это был 2001 год.
Результаты, кстати говоря, были получены благодаря сотрудникам Лаборатории холодного атома на прототипе установки, которая предназначена для работы на международной космической станции в 2016 году.
С практической точки зрения данные исследования помогут создать более чувствительные квантовые детекторы, а также сверхточные атомные часы, которые могли бы стать новым стандартом измерения времени.
Источник
Астрономы исследовали самое холодное тело во Вселенной
Объект исследования ученых — протопланетарную туманность Бумеранг — открыли еще в 1979 году. В 1995 году астрономы выяснили, что температура туманности — 1 К, всего на один градус выше абсолютного нуля (-273 °C). Можно сказать, что она холоднее космоса, его температура — 2,7 К.
Такие туманности появляются, когда звезда, например красный гигант, в конце своей эволюции гибнет, теряя внешнюю газовую оболочку. Оболочка расширяется в пространстве, испуская излучение, и образует яркий астрономический объект, который виден как туманность.
С помощью чилийских телескопов ALMA (The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ученые выяснили точные размеры Бумеранга, скорость, с которой выбрасывается в космос бывшая оболочка звезды и ее примерный возраст.
Как считают ученые, туманность по астрономическим меркам не слишком старая — ей около 3,5 тысячи лет, а ее вещество разлетается по Вселенной со скоростью 164 км/с.
По мнению ученых, туманность образовалась из двойной звезды. В ходе совместного сосуществования звезды сформировали общую газовую оболочку, а потом одна звезда упала на другую, что привело к их гибели, срыву оболочки и образованию туманности. Энергия от столкновения звезд и придала веществу ту скорость, с которой оно сейчас разлетается по космосу. Если бы Бумеранг родился из одной звезды, скорость разрастания туманности была бы меньше.
По мнению ученых, необыкновенно низкая температура туманности скорее всего объясняется адиабатическим расширением газа, из которого она состоит: в отсутствие теплообмена с внешней средой температура ее вещества падает по мере разлета по космосу.
Как считают ученые, наблюдения за Бумерангом помогут проверить модели, которые описывают процессы, происходящие под конец жизни звезд.
Исследование описано в журнале The Astrophysical Journal.
Источник
Самый холодный объект во Вселенной
Самый холодный объект находится ни где-то на краю Вселенной, вы не найдете его на самых холодных планетах Солнечной системы, также их нет и в ледниках Антарктики. Самый холодный предмет во Вселенной находится в физических лабораториях.
Самая низкая температура равна -273 градусов Цельсия или 0 градусов Кельвина. Еще ее называют абсолютный ноль. Так вот, в лабораториях научились охлаждать некоторые объекты до долей градусов Цельсия.
Но как удается получить столь низкие температуры?
Все дело в замедлении движения частиц. Когда мы говорим о температуре, мы говорим о движении частиц из которых состоит то или иное тело. Когда атомы в предмете колеблются быстрее, мы воспринимаем этот объект как горячий, а когда медленнее, как холодный.
Когда мы хотим охладить предмет, то мы можем поместить его в холодильник, таким образом энергия движения атомов предмета переносится в окружающую среду и предмет остывает. Но в мире не существует такого холодильника, чтобы достичь экстремально низких температур. Даже космос слишком теплый для этого.
Но ученые нашли другой способ, вместо того, чтобы помещать предмет в более холодную среду, в предмете замедляют атомы при помощи лазерных лучей. Устройство, замедляющее движение частиц объекта, называется магнитно оптическая ловушка .
Атомы вводятся в вакуумную камеру, а магнитное поле направляет их в центр. Лазерные лучи, направленные в центр камеры, настраиваются на нужную частоту, а движущийся атом поглощает фотон лазерного луча и замедляется.
Источник
Самое холодное место Вселенной
Мы все знаем, что в космосе холодно. Гораздо холоднее, чем здесь, на Земле (даже на полюсах). Большинство людей думают, что температура космического пространства — это абсолютный ноль. Но это не так. Астрономы измерили его температуру. И она оказалась равной 2,7 К. То есть 2,7 градуса выше абсолютного ноля. Ведь на самом деле Вселенная заполнена так называемым реликтовым излучением. Оно является остатками Большого Взрыва. Но оказалось, что в космосе все же есть место, где пространство имеет температуру ниже, чем температура реликтового излучения. Оно находится в месте, про которое Вы никогда бы не подумали. Это облако, окружающее умирающую звезду. Оно называется туманностью Бумеранг. И астрономы, измерившие его температуру, поразились — она равнялась 1 К (Кельвина).
Замерзающая туманность
Но почему и как туманность Бумеранг стала такой холодной? Подобные объекты астрономы называют «предпланетарными» туманностями. Это означает, что они представляют собой облака пыли, смешанные с газами, выброшенными из сердца стареющей звезды. В какой-то момент эта звезда станет белым карликом, испускающим большое количество ультрафиолетового излучения. Это заставит окружающее ее облако нагреваться и светиться. Так в конечном итоге умрет и наше Солнце. Но в том моменте эволюции умирающей звезды, который мы сегодня наблюдаем, испускаемое ей вещество очень быстро улетает в космос, при этом расширяясь с огромными скоростями. Это приводит к тому, что материя очень сильно охлаждается. И ее температура опускается до 1 градуса выше абсолютного ноля.
Исследователи, использующие Atacama Large Millimeter Array (массив радиотелескопов в Чили, который изучает облака пыли вокруг других звезд), несколько лет назад изучили туманность. Они хотели понять, почему она выглядит как призрачная «бабочка». На радиоизображении туманности (фото сверху), полученном в ходе работы, ученые увидели в центре туманности некий жуткий «призрак». Он состоял в основном из холодного газа и пыли. И его температура была чуть выше абсолютного ноля.
Формирование планетарной туманности
Астрофизики в наши дни уже хорошо понимают, что происходит, когда звезды, подобные Солнцу, начинают умирать. Примерно через 5 миллиардов лет и на Солнце начнется подобный процесс. Но задолго до того, как оно умрет, оно начнет терять газы из своей внешней атмосферы. Ядерная печь, которая питает нашу звезду, к этому времени исчерпает водородное топливо и начнет сжигать гелий. А затем и более тяжелые элементы. И в итоге Солнце превратится в красного гиганта. Через какое-то время этот гигант начнет уменьшаться. И превратится в белого карлика.
Ультрафиолетовое излучение от нашего уже маленького, но очень яркого Солнца, нагреет облака газа и пыли вокруг него. И астрономы всей Галактики увидят в космосе новую планетарную туманность. Внутренние планеты нашей системы исчезнут. А миры внешней Солнечной системы смогут еще какое-то время поддерживать жизнь. Но, в конце концов, через миллиарды лет, белый карлик остынет. И исчезнет в глубинах космоса навсегда.
Другие холодные места
В нашей Солнечной системе есть один ледяной мир. Это Плутон. Там температура опускается до 44K. Но все же это намного теплее, в окрестностях туманности Бумеранг. Есть в космосе и другие холодные облака газа и пыли. Их называют темными туманностями. Они еще холоднее, чем Плутон. Их температура — от 7 до 15 градусов К.
В первом абзаце статьи мы узнали, что температура космоса составляет 2,7 К. Это температура микроволнового фонового излучения, оставшегося после Большого взрыва. Так как же, спросите Вы, температура туманности Бумеранг может быть ниже, чем тем температура остального космоса? Так происходит потому, что внешние края туманности Бумеранг фактически поглощают тепло из межзвездного пространства. И, возможно, от ультрафиолетового излучения умирающей звезды. Но в своей глубине, куда реликтовое излучение просто не доходит, этот объект остается холоднее космоса. И до сих пор астрономы не нашли во Вселенной места холоднее, чем это.
Друзья! Если вам понравилась эта статья, ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал! Спасибо!
Источник