科学家捕捉到宇宙中最寒冷的角落!你猜多少度?

科学解码 2018-06-08

据美国生活科学网站报道,回力棒星云内部充满着灰尘和电离气体,目前最新一项研究表明,回力棒星云或许是宇宙中最寒冷的地方,温度仅有零下272摄氏度,这是天文学家通过阿塔卡马大型毫米/亚毫米波射电望远镜阵(ALMA)观测数据获得的。


回力棒星云距离地球5000光年,这个年轻的行星星云中心存在着一颗垂死恒星,随着时间的推移,这颗恒星质量达到太阳的8倍左右,成为一颗红巨星。伴随着这颗恒星燃烧内核的氢,将熔化成为氦,恒星的亮度逐渐增强。这是因为恒星无法产生充足的热量维持它的重量,因此残留氢开始压缩,在内核外部形成层状结构。压缩过程会产生更多能量,却造成伴随外层气体膨胀,恒星变得蓬松。因此,即使这颗恒星变得更加明亮,它的气体却逐渐冷却,从太空角度观测到这颗恒星变得越来越红。红巨星体积很大,当太阳演变成为一颗红巨星时,它的表面将膨胀至当前地球的轨道位置。

最终这颗红巨星燃烧殆尽氢,之后质量变得更大的红巨星开始熔化氦成为重元素,但是这一过程非常有限,仅出现在恒星中心层状结构开始崩溃的阶段,此时恒星已演变成为一颗白矮星,主要是燃烧恒星超密度内核。伴随着恒星中心开始崩溃瓦解,恒星外层物质将脱离,因为红巨星体积非常大,其引力束缚外层物质的作用力非常薄弱,来自白矮星的光线将照亮恒星气体,使地球观测者看到壮观绚丽的一个行星星云。


气体膨胀速度非常快,向外移动速度大约是58.5万公里/小时,这就是为什么回力棒星云温度非常低的原因,该温度甚至比大爆炸之后宇宙背景辐射的温度(零下270.38摄氏度)更低。


伴随着气体膨胀扩张,它们将变得更加寒冷,这是因为膨胀导致压力下降,压力下降使得气体分子移动速度降低。通常温度可以测量分子移动速度,分子移动速度越快,该气体就更炽热。


什么是绝对零度?

绝对零度(absolute zero),是热力学的最低温度,但只是理论上的下限值。热力学温标的单位是开尔文(K),绝对零度就是开尔文温度标(简称开氏温度标,记为K)定义的零点。0K约等于摄氏温标零下273.15摄氏度,也就是0开氏度,在此温度下,物体分子没有动能,但势能不为0,故此时物体内能不为0。物质的温度取决于其内原子、分子等粒子的动能。根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布,粒子动能越大,物质温度就越高。


理论上,若粒子动能低到量子力学的最低点时,物质即达到绝对零度,不能再低。然而,绝对零度是不可能达到的最低温度,自然界的温度只能无限逼近。如果到达,那么一切事物都将达到运动的最低形式。因为任何空间必然存有能量和热量,也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的,除非该空间自始即无任何能量热量。在绝对零度下,原子和分子拥有量子理论允许的最小能量。

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