สถานที่ธรรมชาติที่เย็นที่สุดเท่าที่พบในอวกาศอยู่ที่ไหน

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th

ถ้ามองขึ้นไปบนท้องฟ้ายามค่ำคืน เราอาจนึกว่าอวกาศที่อยู่ห่างจากดวงดาวน่าจะหนาวใกล้เคียงกันไปหมด เพราะแทบไม่มีอากาศและอยู่ไกลจากแหล่งความร้อน แต่เมื่อนักดาราศาสตร์ตรวจวัดกลุ่มก๊าซแห่งหนึ่ง พวกเขากลับพบว่ามันเย็นกว่ารังสีพื้นหลังที่แผ่กระจายอยู่ทั่วเอกภพเสียอีก

บริเวณนั้นคือ เนบิวลาบูมเมอแรง อยู่ห่างจากโลกประมาณ 5,000 ปีแสง ในทิศทางของกลุ่มดาวคนครึ่งม้า องค์การนาซาระบุอุณหภูมิของบริเวณเย็นจัดไว้ราว 1 เคลวิน หรือประมาณ −272.2 องศาเซลเซียส จัดอยู่ในบรรดาบริเวณธรรมชาติที่เย็นที่สุดเท่าที่รู้จัก ตัวเลขนี้เป็นค่าประมาณของก๊าซบางส่วน ไม่ได้หมายความว่าทุกจุดในเนบิวลามีอุณหภูมิเท่ากัน

ส่วนศูนย์องศาสัมบูรณ์อยู่ที่ −273.15 องศาเซลเซียส หรือ 0 เคลวิน ดังนั้นก๊าซที่ 1 เคลวินจึงอุ่นกว่าขีดจำกัดดังกล่าวเพียงประมาณ 1 องศาเซลเซียส

ก๊าซเย็นได้อย่างไร ทั้งที่อยู่ใกล้ดาว?

เนบิวลาบูมเมอแรงเป็นกลุ่มก๊าซและฝุ่นที่ดาวฤกษ์ซึ่งเข้าสู่ช่วงปลายชีวิตปล่อยออกมา ดาวตรงกลางเคยเป็นดาวยักษ์แดง และกำลังเปลี่ยนผ่านไปสู่ระยะที่จะกลายเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ในอนาคต ชื่อนี้ไม่ได้หมายความว่ามีดาวเคราะห์อยู่ข้างใน แต่เป็นชื่อเรียกกลุ่มก๊าซที่ดาวลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์พ่นออกมาในช่วงบั้นปลาย

ก๊าซรอบดาวขยายตัวออกไปอย่างรวดเร็ว ทำให้อุณหภูมิลดลงมาก การขยายตัวช่วยให้เข้าใจได้ว่าทำไมบริเวณรอบดาวจึงเย็นจัด แม้ดาวที่เป็นต้นกำเนิดยังมีความร้อนอยู่ก็ตาม

ผลศึกษาจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุแอลมาในปี 2017 เสนอว่า การมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างดาวสองดวงอาจช่วยอธิบายปริมาณและความเร็วของสสารที่พุ่งออกมาได้ ดาวคู่ขนาดเล็กอาจเคยเคลื่อนเข้าไปภายในดาวยักษ์แดงและช่วยขับสสารชั้นนอกออกมา แต่เรื่องดาวคู่ยังเป็นข้อเสนอจากแบบจำลอง ไม่ใช่ภาพเหตุการณ์ที่สังเกตเห็นโดยตรง

รู้ได้อย่างไรว่าหนาวกว่าห้วงอวกาศ?

ทั่วเอกภพมีรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลหลงเหลืออยู่จากเอกภพยุคแรก รังสีนี้มีอุณหภูมิประมาณ 2.725 เคลวิน หรือราว −270.4 องศาเซลเซียส นักดาราศาสตร์พบในปี 1995 ว่าก๊าซในเนบิวลาบูมเมอแรงดูดกลืนรังสีพื้นหลังดังกล่าว ซึ่งเป็นหลักฐานว่าก๊าซบริเวณที่ดูดกลืนนั้นเย็นกว่ารังสีที่ส่องผ่านมัน

นาซาใช้ค่าประมาณ 1 เคลวินในการอธิบายเนบิวลานี้ ขณะที่รายงานผลวิจัยจากแอลมาในปี 2017 ระบุว่า ก๊าซที่ไหลออกบางส่วนอาจเย็นต่ำกว่า 0.5 เคลวิน ตัวเลขทั้งสองจึงควรอ่านโดยดูบริเวณและวิธีศึกษาที่อ้างถึง ไม่ควรนำมาเหมารวมว่าเป็นอุณหภูมิเดียวของเนบิวลาทั้งหมด

แล้วห้องทดลองบนโลกล่ะ?

คำว่าเย็นที่สุดในที่นี้หมายถึงสถานที่หรือสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติที่นักดาราศาสตร์รู้จัก หากนับอุปกรณ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นด้วย ก็มีบริเวณที่ทำให้เย็นกว่านั้นได้ เช่น ตัวตรวจวัดของเครื่องมือ Resolve บนดาวเทียม XRISM ทำงานที่ประมาณ 0.05 เคลวิน ตามข้อมูลของนาซา

ความเย็นจัดของบูมเมอแรงไม่ได้คงอยู่ตลอดไป แอลมาระบุว่าเนบิวลากำลังค่อย ๆ อุ่นขึ้น การศึกษาก๊าซที่กำลังขยายตัวจึงช่วยให้นักดาราศาสตร์ตรวจสอบช่วงสั้น ๆ ในชีวิตดาวได้ ตั้งแต่การสูญเสียชั้นนอกไปจนถึงการเปลี่ยนรูปร่างของกลุ่มก๊าซรอบดาว