Mais frio que o espaço vazio? Como a Nebulosa do Bumerangue faz isso.
Uma imagem codificada por cores da Nebulosa do Boomerang, obtida pelo Telescópio Espacial Hubble. Crédito da imagem: NASA.
Nas profundezas do espaço intergaláctico, o brilho remanescente do Big Bang é de apenas 2,73 K. Mas este ponto em nossa própria galáxia é ainda mais frio.
Se você quer que seu bumerangue volte, primeiro você precisa jogá-lo.
– Steven Hall
Em qualquer lugar que você vá no Universo, existem fontes de calor para enfrentar. Quanto mais longe você estiver de todos eles, mais frio fica. A uma distância de 93 milhões de milhas do Sol, a Terra é mantida a uns modestos ~300 K, uma temperatura que seria quase 50º mais fria se não fosse pela nossa atmosfera. Afaste-se mais e o Sol se tornará cada vez menos capaz de aquecer as coisas. Plutão, por exemplo, tem apenas 44 K: frio o suficiente para congelar o nitrogênio líquido. E podemos ir para um lugar ainda mais isolado, como o espaço interestelar, onde as estrelas mais próximas estão a anos-luz de distância.
A nebulosa escura Barnard 68, agora conhecida por ser uma nuvem molecular chamada glóbulo de Bok, tem uma temperatura inferior a 20 K. Crédito da imagem: ESO, via http://www.eso.org/public/images/eso0102a/ .
As frias nuvens moleculares que vagam, isoladas, por toda a galáxia são ainda mais frias, apenas 10 K a 20 K acima do zero absoluto. Como estrelas, supernovas, raios cósmicos, ventos estelares e muito mais fornecem energia para a galáxia como um todo, é difícil ficar muito mais frio do que isso na Via Láctea. Mas se você for para o espaço intergaláctico, a milhões de anos-luz das estrelas mais próximas, a única coisa que o manterá aquecido será o brilho remanescente do Big Bang, o Fundo Cósmico de Microondas.
Se pudéssemos ver a luz de microondas, o céu noturno se pareceria com o oval verde a uma temperatura de 2,7 K, com o ruído no centro contribuído por contribuições mais quentes do nosso plano galáctico. Crédito da imagem: equipe científica da NASA / WMAP, da descoberta da CMB em 1965 por Arno Penzias e Bob Wilson.
A menos de 3º C acima do zero absoluto, esses fótons quase imperceptíveis são a única fonte de calor existente. Como todos os locais do Universo são constantemente bombardeados por esses fótons infravermelhos, microondas e rádio, você pode pensar que 2,725 K é o mais frio que você pode obter na natureza. Para experimentar algo mais frio, você teria que esperar que o Universo se expandisse mais, esticar os comprimentos de onda desses fótons e esfriar a uma temperatura ainda mais baixa. Isso acontecerá, é claro, com o tempo. Quando o Universo estiver duas vezes mais velho do que é hoje – em outros 13,8 bilhões de anos – a temperatura será apenas um grau acima do zero absoluto. Mas há um lugar que você pode olhar, agora mesmo , que é mais frio do que até mesmo as profundezas mais profundas do espaço intergaláctico.
A Nebulosa Boomerang é uma jovem nebulosa planetária e o objeto mais frio encontrado no Universo até agora. Crédito da imagem: ESA/NASA.
Você nem precisa ir a nenhum lugar especial! Isto é o Nebulosa Bumerangue , localizado a apenas 5.000 anos-luz de distância em nossa própria galáxia. Em 1980, quando foi observada pela primeira vez na Austrália, parecia uma nebulosa assimétrica de dois lóbulos e, por isso, recebeu o nome de Boomerang como resultado. Melhores observações mostraram-nos esta nebulosa pelo que realmente é: uma nebulosa pré-planetária, que é um estágio intermediário na vida de uma estrela moribunda semelhante ao Sol. Todas as estrelas semelhantes ao Sol evoluirão para gigantes vermelhas e terminarão suas vidas em uma combinação de nebulosa planetária/anã branca, onde as camadas externas são explodidas e o núcleo central se contrai para um estado quente e degenerado. Mas entre as fases da gigante vermelha e da nebulosa planetária, há a fase da nebulosa pré-planetária.
A nebulosa pré-planetária IRAS 20068+4051 é mais quente que a nebulosa Boomerang, mas ainda é uma fase intermediária entre uma gigante vermelha e uma nebulosa planetária/estágio de anã branca. Crédito de imagem: ESA/Hubble & NASA.
Antes que a temperatura interna da estrela aqueça, mas após o início da expulsão das camadas externas, obtemos uma nebulosa pré-planetária. Às vezes em uma esfera, mas mais frequentemente em dois jatos bipolares, o material ejetado sai do sistema solar da estrela e entra no meio interestelar. Esta fase é de curta duração: apenas alguns milhares de anos. Há apenas uma dúzia de estrelas que se encontram nesta fase. Mas a Nebulosa do Bumerangue é especial entre eles. Seu gás é expelido cerca de dez vezes mais rápido que o normal: movendo-se a cerca de 164 km/s. Ele perde sua massa a uma taxa maior do que o normal: cerca de dois Netunos de material por ano. E como resultado de tudo isso, é o lugar natural mais frio do Universo conhecido, com algumas partes da nebulosa chegando a apenas 0,5 K: meio grau acima do zero absoluto.
Uma visão de comprimento de onda milimétrico da Nebulosa do Boomerang. Crédito da imagem: NRAO/AUI/NSF/NASA/STScI/JPL-Caltech.
Todas as outras nebulosas planetárias e pré-planetárias são muito, muito mais quentes do que esta, mas a física subjacente é uma das mais simples de entender. Inspire profundamente, segure por três segundos e depois solte. Você pode fazer isso de duas maneiras diferentes, segurando a mão a cerca de 15 cm de distância da boca nas duas vezes.
- Expire com a boca bem aberta e você sentirá o ar quente soprar suavemente em sua mão.
- Expire com os lábios franzidos, fazendo uma pequena abertura, e esse mesmo ar parece frio.
Em ambos os casos, o ar em seu corpo foi aquecido e permanece nessa temperatura alta até pouco antes de passar por seus lábios. Com a boca bem aberta, ele simplesmente sai lentamente, aquecendo levemente a mão. Mas com apenas uma pequena abertura, o ar se expande rapidamente - o que chamamos de adiabaticamente em física - e esfria ao fazê-lo.
Exalar com força com a boca muito, muito ligeiramente aberta fará com que o ar esfrie extremamente rapidamente. Crédito da imagem: Pezibear de Pixabay, via https://pixabay.com/p-1465521/?no_redirect .
As camadas externas da estrela que está dando origem à Nebulosa do Bumerangue têm todas as mesmas condições:
- uma grande quantidade de matéria quente,
- sendo ejetado incrivelmente rápido,
- de um ponto minúsculo (bem, dois pontos),
- que tem todo o espaço que poderia pedir para expandir e esfriar.
O incrível sobre a Nebulosa do Bumerangue é que ela foi prevista antes de ser encontrada! O astrônomo Raghvendra Sahai calculou que nebulosas pré-planetárias com as condições certas – as descritas acima – poderiam realmente atingir uma temperatura mais fria do que qualquer outra coisa que ocorresse naturalmente no Universo. Sahai foi então parte da equipe em 1995 que fez as observações críticas de comprimento de onda longo que determinaram a temperatura da Nebulosa do Bumerangue, agora conhecida como o lugar natural mais frio do Universo.
Um mapa de temperatura codificado por cores da Nebulosa do Boomerang e das áreas ao seu redor. As áreas azuis, que mais se expandiram, são as mais frias e com a temperatura mais baixa. Crédito da imagem: NASA/SPL.
Quanto ao motivo pelo qual a Nebulosa do Boomerang está ejetando toda essa matéria tão rapidamente e de maneira tão colimada, essa é uma área de pesquisa controversa e altamente ativa. Até agora, a Nebulosa do Bumerangue é a única nebulosa pré-planetária cuja temperatura caiu abaixo do brilho do Big Bang, mas não há como ser a única que já caiu. Provavelmente há um lugar ainda mais frio lá fora. Nós apenas temos que continuar procurando. E quem sabe? Talvez, algum dia, nosso Sol tome o recorde para si!
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !
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