Wissenschaftler interessieren sich seit langem für die Frage: Wie kalt es im Weltraum ist. In der Regel ist die Temperatur dort nicht niedriger als die Temperatur der Reliktstrahlung, die das gesamte Universum durchdringt. An Orten, an denen Sterne sterben, können die Temperaturen jedoch viel niedriger fallen. Genau diesen Ort haben Wissenschaftler im planetarischen Bumerang-Nebel gefunden.
Die durchschnittliche Temperatur auf der Erde, einem Planeten, der mehr als 149 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt ist, wird innerhalb von 300 K gehalten. Es sollte beachtet werden, dass der Planet immer noch durch den heißen Kern erwärmt wird, und außerdem würden die Temperaturindikatoren ohne Atmosphäre weitere 50 betragen K weniger. Je weiter ein Objekt vom nächsten Stern entfernt ist, desto kälter ist es. Auf Pluto beträgt die Durchschnittstemperatur beispielsweise nur 44 K. Bei solchen Raten gefriert sogar Stickstoff, was bedeutet, dass praktisch nichts von der Erdatmosphäre übrig bleibt, da er 80 Prozent Stickstoff enthält. Außerhalb des Sonnensystems ist es im interstellaren Raum viel kälter.
Molekülwolken schweben über die Galaxie, deren Substanz eine Temperatur von etwa 10 bis 20 K hat, was nahe am absoluten Nullpunkt liegt. Es gibt keine niedrigeren Temperaturen mehr in der Galaxie, da der Rest ihrer Teile durch Sternstrahlung auf das eine oder andere Maß erwärmt wird.
Im intergalaktischen Raum ist die Temperatur jedoch noch niedriger als in einer Molekülwolke, die weit entfernt von Strahlungsquellen liegt. Die Galaxien sind durch Millionen von Lichtjahren Leere getrennt, und die einzige Strahlung, die alle Ecken des Weltraums erreicht, ist die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die vom Urknall übrig bleibt. Aufgrund der Wellen der Reliktstrahlung fällt die Temperatur im intergalaktischen Raum nicht unter 2,73 K. Auf den ersten Blick scheint es einfach nicht kälter zu sein, aber tatsächlich ist dies weit davon entfernt.
Genauer gesagt könnte es theoretisch kälter sein. Damit die Temperaturindikatoren des intergalaktischen Raums unter 2,73 K fallen, muss gewartet werden, bis sich das Universum leicht ausdehnt. Diese Expansion findet bereits statt - das Universum expandiert mit einer Geschwindigkeit von etwa 770 Kilometern pro Sekunde über 3,26 Millionen Lichtjahre. Gegenwärtig erreicht das Alter des Universums 13,78 Milliarden Jahre, und wenn es doppelt so groß wird, kann die Reliktstrahlung die Temperatur nur einen Grad über dem absoluten Nullpunkt halten.
Temperaturkarte des präplanetaren Bumerang-Nebels
Und die unerwartetste Nachricht von Wissenschaftlern: Der kälteste Ort im Universum befindet sich bereits in diesem Moment und nicht weit von der Erde entfernt - im Bumerang-Nebel, der sich nur fünftausend Lichtjahre von unserem Planeten entfernt befindet.
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In der Mitte dieses Nebels befindet sich ein sterbender Stern, der in der Vergangenheit wie die Sonne ein gelber Zwerg war. Wie der Rest der Sterne derselben Spektralklasse wurde es ein roter Riese und endete in einem System, das aus einem weißen Zwerg und einem präplanetaren Nebel entstand, der um ihn herum entstand.
Der planetarische Nebel wird gewöhnlich als Überbleibsel der Randgebiete des roten Riesen bezeichnet, die vom Stern in der Zeit ausgestoßen wurden, als sein Zentrum auf die Größe eines weißen Zwergs schrumpfte. Aber bevor der Rote Zwerg ein planetarischer Nebel wird, wird er für eine Weile zu einem präplanetaren Nebel. Für den Fall, dass alle notwendigen Bedingungen darin auftreten, können die Temperaturindikatoren im Nebel unter die niedrigsten Temperaturen im Universum fallen. Der indische Astronom Ravendra Sahai kam zu ähnlichen Ergebnissen und erstellte viel früher als sein Team eine Temperaturkarte des Bumerang-Nebels und stellte sicher, dass es dort wirklich sehr kalt ist.
Der Bumerang-Nebel ist der kälteste Ort im Universum
Foto: ESA / NASA
Ein präplanetarischer Nebel entsteht, wenn die Temperatur im Kern des Sterns steigt, aber gleichzeitig beginnt sich die periphere Materie gerade zu trennen. Dieser Prozess erfolgt durch mehrere Auswürfe von Plasmaströmen, die in der äußeren Schicht der Sternmaterie beginnen. Nach kosmischen Maßstäben existieren diese Ströme nur für eine sehr kurze Zeit - nur einige tausend Jahre. Vorausgesetzt, das Plasma im Strom bewegt sich schnell (und im Bumerang-Nebel ist dies genau der Fall), tritt der Materieverlust des Sterns mit hoher Geschwindigkeit auf. Dank dieser enormen Geschwindigkeit im Nebel entstehen jene Regionen, in denen der Temperaturindex 0,5 K nicht überschreitet, was viel niedriger ist als die Temperatur an einem anderen Ort im Universum.
Und das alles, weil die Wärmeenergie der Moleküle in kinetische Bewegungsenergie umgewandelt wird, wodurch sich die Luft abkühlt.
