Самые холодные и самые горячие точки во Вселенной

Вселенная – это не просто бескрайнее пространство, это настоящий цирк температурных экстремумов. От холода, способного заморозить само время, до жары, которая заставляет материю распадаться на самые фундаментальные частицы. Сегодня я предлагаю вам отправиться в умопомрачительное путешествие по этим температурным антиподам, чтобы понять, где во Вселенной можно поймать настоящий дубак, а где – почувствовать себя в самом жерле ада.

Самые холодные места: когда мерзнет сам вакуум

Начнем с мороза. И когда я говорю «мороз», я имею в виду не тот, что щиплет нос зимой, а нечто гораздо более фундаментальное. Речь идет об абсолютном нуле, точке, где движение атомов практически прекращается. По шкале Кельвина, которая начинается с нуля, это 0 К, что эквивалентно -273.15 градусам Цельсия. Ниже этой точки опуститься невозможно: это физический предел, некая черта, за которую просто не зайти.

Эхо большого взрыва: реликтовое излучение

Самое холодное, что можно найти во всей Вселенной повсеместно, это так называемое космическое микроволновое фоновое излучение, или сокращенно КМФИ. Если говорить простым языком, это остаточное тепло от Большого взрыва, некий «фон» Вселенной. Его температура составляет примерно 2.7 Кельвина. Представьте: вся Вселенная «фонит» холодом, который всего на пару градусов выше абсолютного нуля. Это как невидимое одеяло, сотканное из остатков рождения космоса, и оно, черт возьми, ледяное.

Туманность бумеранг: космический холодильник

Но есть места еще холоднее. Если КМФИ – это общий фон, то отдельные уголки космоса могут удивить. Яркий пример – туманность Бумеранг, расположенная в созвездии Центавра. По данным Европейской южной обсерватории, это самое холодное известное место во Вселенной за пределами лабораторий. Температура там всего около 1 Кельвина, или -272 градуса Цельсия. Как она стала такой? Звезда в центре туманности стремительно расширяется, выбрасывая газ со скоростью в десятки километров в секунду. Это расширение охлаждает газ почти до абсолютного нуля, как это происходит, например, в морозильной камере, только в масштабах галактики. Это просто космический фен, работающий наоборот!

Лабораторные рекорды: холоднее, чем в космосе

Удивительно, но самые холодные места находятся… на Земле! В лабораториях ученые способны создавать условия, недостижимые даже в самых пустынных уголках космоса. Используя лазерное охлаждение и магнитные ловушки, физики могут замедлять атомы до такой степени, что их температура опускается до миллиардных долей Кельвина. Например, в 2021 году немецкие ученые в Бремене охладили атомы рубидия до 38 пикокельвинов (это 38 триллионных долей Кельвина) в специальной башне для экспериментов в условиях микрогравитации. Это настолько близко к абсолютному нулю, что даже представить сложно: это как пытаться остановить время, наблюдая за застывшим мгновением.

Самые горячие точки: когда плавится само пространство

Ну что, остудились? Теперь давайте окунемся в адское пекло, где температуры достигают таких значений, что материя перестает быть материей в привычном нам смысле. Здесь атомы распадаются, электроны отрываются от ядер, и все превращается в плазму – четвертое состояние вещества, некий космический суп из ионизированного газа.

Большой взрыв: начало всего

Самое горячее, что когда-либо существовало во Вселенной, было в первые мгновения после Большого взрыва. В первые доли секунды температура была настолько огромной, что ее сложно даже выразить числами – речь идет о триллионах и даже квадриллионах градусов Цельсия. В этот момент Вселенная была невообразимо плотной и горячей «кашей» из кварков, глюонов и других фундаментальных частиц, так называемой кварк-глюонной плазмы. Это был настоящий космический ад, где не было ни звезд, ни галактик, а лишь чистая энергия, танцующая на грани бытия.

Нейтронные звезды и сверхновые: космические кузнецы

Перенесемся в современную Вселенную. Одни из самых горячих объектов, которые мы можем наблюдать, это нейтронные звезды и взрывы сверхновых. В ядре нейтронной звезды, которая является остатком массивной звезды после ее коллапса, температура может достигать миллиардов градусов Цельсия. Это настолько плотные объекты, что чайная ложка их вещества весила бы миллиарды тонн. Во время взрыва сверхновой, когда звезда умирает в эффектном фейерверке, температура в ее ядре кратковременно поднимается до сотен миллиардов градусов Цельсия – этого достаточно, чтобы ковать тяжелые элементы, из которых состоим мы сами и все вокруг. Это как космическая кузница, где рождаются строительные блоки Вселенной в условиях немыслимой жары.

Аккреционные диски черных дыр: турбулентность на грани

Еще одно место, где жара просто невыносима, это аккреционные диски вокруг черных дыр. Когда материя падает на черную дыру, она не просто исчезает: она закручивается в спираль, образуя огромный диск. Из-за трения и гравитационного сжатия этот газ нагревается до миллионов и даже миллиардов градусов Цельсия. Он излучает рентгеновские лучи и гамма-лучи, становясь одним из самых ярких источников энергии во Вселенной. Это как гигантский космический водоворот, где все, что попадает в него, сначала раскаляется добела, прежде чем быть поглощенным.

Большой адронный коллайдер: рукотворный ад

И снова Земля не отстает. В Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе ученые воссоздают условия, близкие к тем, что были в первые мгновения после Большого взрыва. Разгоняя и сталкивая частицы (например, ионы свинца) на почти световых скоростях, они создают крошечные «капельки» кварк-глюонной плазмы с температурой до 5.5 триллионов градусов Цельсия. Это в 360 000 раз горячее, чем в центре Солнца! Конечно, эти «капельки» существуют всего лишь доли секунды, но они дают нам уникальную возможность заглянуть в самые фундаментальные законы физики и понять, как рождалась наша Вселенная. Это наш маленький, рукотворный, но невероятно горячий Большой взрыв.