Evrendeki En Soğuk Yer Neresidir?

Uzay soğuk bir yerdir, ancak evrendeki en soğuk yer, hızla ölmekte olan yıldızının etkileri sayesinde her şeyi normalden daha fazla yavaşlatır.

Yaklaşık 5.000 ışıkyılı uzaklıkta bulunan Bumerang Bulutsusu, şimdiye kadar tanımladığımız en soğuk doğal ortamdır ve içinde şeyleri sıcak tutması gereken bir yıldıza sahip olmasına rağmen, kozmosun aşırı soğuk bir uzantısıdır. Bunun yerine, işleri daha da kötüleştiriyor gibi görünüyor.

Nasıl olur da bu kadar aktif bir şey, can çekişirken bile, tüm moleküler hareketin durduğu noktanın ancak bir derece santigrat derece üzerinde sıcaklıklar üretebilir? Hadi bulalım.

Uzaydaki en soğuk nokta neresidir?

Bumerang Bulutsusu, Erboğa takımyıldızında, Dünya’dan yaklaşık 5.000 ışıkyılı uzaklıkta, toz ve iyonize gazlarla dolu, yansıtıcı bir gezegenimsi bulutsudur. Merkezinde beyaz bir cüce bulunan diğer gezegenimsi bulutsuların aksine, Bumerang Bulutsusu genç bir gezegenimsi bulutsudur, dolayısıyla içindeki kırmızı dev hala dış malzeme katmanlarını dökmektedir.

Bir zamanlar güneşimize çok benzemesine rağmen, Bumerang Bulutsusu’nun kalbindeki kırmızı dev yakıtını tüketti ve bu nedenle nükleer füzyon devam edemez. Orijinal yıldızın kütlesi, bu tükenmenin, ortaya çıkan bir nötron yıldızı veya kara delik ile bir süpernova üretmediği , bunun yerine bir “ölüm yatağı” aşamasından geçtiği için yeterince düşüktü.

Bu son durumda, bir kırmızı devin sonu hem yakın hem de kesindir ve ağır elementleri dış katmanlarına atıyor, böylece artık daha da ağır elementlerle kaynaşacak enerjiye sahip değil. Bu süreç, sonuçta ortaya çıkan beyaz cücenin etrafında tipik olarak canlı bir bulutsu üretir – yıldızın artık ısı ve enerjiyi yayan, ancak kendi başına herhangi bir yeni enerji üretmeyen süper yoğunlaştırılmış çekirdeği.

Bu işlemin tamamlanması normalde biraz zaman alır (kozmik olarak konuşursak), ancak Bumerang Bulutsusu’ndaki kırmızı dev, oyunu farklı bir şekilde oynar ve kütlesini, yaşamlarının son evrelerinde benzer yıldızlardan yaklaşık 100 kat daha hızlı bir oranda kaybeder.

Ve bu hızlı olsa da, Güneşimizle karşılaştırıldığında kütle atma hızıyla karşılaştırıldığında bu hiçbir şey – yaklaşık 100 milyar kat daha hızlı – kesinlikle mide bulandırıcı bir hız. Bulutsunun kalbindeki merkezi yıldızın, yaklaşık 1.500 yıl içinde Güneş’in kütlesinin yaklaşık 1.5 katı kadar kütle kaybettiği düşünülüyor.

Bu, muhtemelen oradaki aşırı soğuk koşulların ana nedenidir, çünkü malzemenin uzaya tüm bu hızlı hava çıkışı, yıldızın ısı enerjisini saniyede 100 milden biraz fazla veya saniyede yaklaşık 164 kilometre hızla uzaklaştırıyor.

Bumerang Bulutsusu neden bu kadar soğuk?

Bumerang Bulutsusu’nun doğal bir nedenle (yani, laboratuvardaki geçici yapay koşulların ürünü olmadığı) evrendeki en soğuk yerin nasıl olabileceğini anlamak için, sıcaklığın gerçekte ne olduğunu açıklamak gerekir.

Sıcaklığı sıcak ve soğuk olarak tanımlarken aslında yazın bunaltıcı günlerinde hissettiğimiz şey moleküler çarpışmaların atom ölçeğinde açığa çıkardığı enerjidir. Herhangi bir zamanda ne kadar çok çarpışma olursa, ortaya çıkan sıcaklık o kadar yüksek olur. Bu nedenle bir nesneye enerji uygulamak (örneğin elektrik yoluyla) nesneyi ısıtır.

Gerçekte olan şu ki, bu enerji nesnedeki molekülleri heyecanlandırıyor ve onların birbirleriyle daha hızlı ve daha sık çarpışmasına neden oluyor. Bunun tersi, bir nesne ne kadar soğuksa, bu çarpışmalar o kadar yavaş ve daha az sıklıkla meydana gelir.

Bu, Boomerang Bulutsusu’nun neden bu kadar soğuk olduğuna dair en iyi teori: Uzaya doğru genişlemenin inanılmaz hızı, genişleyen gazdaki moleküler çarpışmaların sayısını azaltıyor.

Bu, sıcaklıkta müteakip bir “düşüş” yaratır ve gazın genişlemesi uzayın göreli boşluğundan geçerken, önündeki her şeyi bir saban gibi süpürür, bu malzemeyi hızla genişleyen bulutun bir parçası olarak birleştirir, malzemeyi dışarı yayar ve çarpışma sayısını daha da azaltarak, çevreleyen uzay genişliğinin sıcaklığını da aşağı çeker.

Zaten teori bu. Soru, özellikle gezegenimsi bir bulutsuya dönüşen benzer yıldızların bunu Bumerang Bulutsusu’nun hızının çok küçük bir bölümünde yaptığı düşünülürse, bu belirli yıldızın malzemesini bu kadar şiddetli bir şekilde dökmesine neden olan şeydir.

Son zamanlarda araştırmacılar, Bumerang Bulutsusu’nun merkez yıldızından inanılmaz derecede hızlı kütle dökülmesini açıklayacak ilginç bir hipotez ortaya attılar: Eşlik eden bir yıldızın tüketimi.

2017’de The Astrophysical Journal’da yayınlanan bu araştırmaya göre, kırmızı dev şişerken, daha küçük bir yoldaş yıldızın etrafını sardı ve yörünge hareketi kırmızı devin dış katmanlarını kopardı ve bu da çok fazla malzemenin şiddetli ve hızlı bir şekilde fırlatılmasına neden oldu.

Araştırmanın baş yazarı Raghvendra Sahai, “Bu yeni veriler bize, devasa kırmızı dev yıldızdan gelen yıldız zarfının çoğunun, tek bir kırmızı dev yıldızın yeteneklerinin çok ötesinde hızlarda uzaya fırlatıldığını gösteriyor” dedi. NASA’nın Pasadena, California’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’nda bir astronom. “Bu kadar fazla kütleyi ve aşırı hızlarda fırlatmanın tek yolu,  [Bumerang Bulutsusu’nun] ultra-soğuk dışarı akışının şaşırtıcı özelliklerini açıklayacak olan, etkileşen iki yıldızın yerçekimi enerjisinden kaynaklanmaktadır.

Dahası, bulutsunun merkez yıldızı kütlesini sadece iki nispeten küçük noktadan çıkarıyor gibi görünüyor. Gaz, daha büyük bir açıklıktan daha küçük bir açıklıktan salındığında çok daha hızlı genişledikçe soğuduğundan, gerçekten ısı tüketen fiziksel koşulları üst üste yığdığınız bir durumunuz var.

Bumerang Bulutsusu tam olarak ne kadar soğuk?

Bumerang Bulutsusu’nu perspektife koymak için, mutlak sıfır, tüm moleküler hareketin durduğu sıcaklıktır. Moleküller tam hareketsizlikten daha fazla yavaşlayamazlar ve şimdi sıcaklığın gerçekte ne olduğunu doğru bir şekilde anladığımıza göre, bunun herhangi bir fiziksel şeyin alabileceği en mutlak soğuk olacağı açıktır. Sadece daha soğuk bir şey yok. Bu sıcaklığa, uygun şekilde, mutlak sıfır  veya 0° Kelvin, –459.67° Fahrenheit veya –273.15 ° Santigrat denir.

Boomerang Bulutsusu yaklaşık  -458° Fahrenheit (-272° Celsius, yaklaşık 1.15° Kelvin) veya mutlak sıfırın üzerinde bir santigrat dereceden biraz daha fazladır.

Bu, Bumerang Bulutsusu’nun sıcaklığını , Büyük Patlama’dan kalan artık ısı olan kozmik arka plan radyasyonunun (-454,7° Fahrenheit, -270.4° Santigrat) altına yerleştirir. Bu, Boomerang Bulutsusu’nun , evrenin kendisinin aniden ortaya çıkmasıyla üretilen artık ısıyı gerçekten emdiği anlamına gelir.

Bu sizin için yeterli değilse, Boomerang Bulutsusu, uzayda kozmik mikrodalga arka plandan daha soğuk olduğu bilinen tek nesnedir. Soğuk sıcaklıklar söz konusu olduğunda, Bumerang Bulutsusu tek başına duruyor.

Nasıl keşfedildi ve sıcaklığını nasıl ölçtük?

Boomerang Bulutsusu ilk olarak 1980 yılında astronomlar  Keith Taylor ve Mike Scarrott tarafından Avustralya’daki Siding Spring Gözlemevi’ni kullanarak tanımlandı, ancak o sırada bununla ilgili en heyecan verici şey şuydu ki – zaten yer tabanlı gözlem perspektifinden bakıldığında – bulutsu öyle görünüyordu. bumerang gibi.

Hubble’ın müteakip gözlemleri, “şeklinin” daha çok bir kum saatine benzediğini ortaya çıkardı.

Yirmi yıldan fazla bir süre sonra, Sahai, bulutsunun merkez yıldızından gelen gazların hızlı genişlemesinin, bulutsunun sıcaklığını doğal olarak azaltacağını varsaymıştı, bu hipotez 2003’teki gözlemlerle doğrulandı.

Sıcaklık ölçümüne gelince, bu, bulutsudan alınan karbon monoksit okumalarını karşılaştırarak ve bunu, ılımanlığı uzun süredir belirlenmiş olan kozmik arka plan radyasyonundan alınan benzer ölçümlerle karşılaştırarak yapıldı.

2003 yılında sıcaklık ölçümlerini gerçekleştiren astronom Lars-Ake Nyman, o sırada Sydney Morning Herald’a “Bumerang’ın bir buzdolabı gibi davrandığını söyleyebiliriz” dedi . “Normalde kozmik mikrodalga arka plan fotonları gazı en azından kendi sıcaklığına kadar uyarır. Fakat gaz kendini korur ve mikrodalga arka planından gelen fotonlar çıkışın derinliklerine nüfuz etmez. Gazın düşük sıcaklığı bu nedenle çıkış düşük kalıyor.”

Ancak, bulutsunun merkez yıldızından fırlatılacak sınırlı miktarda kütle olduğu için bu sonsuza kadar sürmeyecek. Sonunda, soğuk gaz bulutunu kozmosa iten kuvvet dağılacak ve termodinamik yasaları bir denge kuracak ve nihayetinde Bumerang Bulutsusu’ndaki gazların sıcaklığını kozmik mikrodalga arka plan seviyesine yükseltecek.

O zamana kadar toplanın, çünkü bilinen evrendeki en soğuk yer olmaya devam edecek ve bu tacı yakın zamanda teslim etmesi muhtemel değil.

Editör: Fatih Düz – 11.11.2022