宇宙最冷處迴力棒星雲

迴力棒星雲是已知宇宙中溫度最低的地方。經測量，這個星雲的溫度為1開氏度(即零下272.15攝氏度)，比大爆炸的背景溫度(零下270攝氏度)還低。天文學家利用阿塔卡瑪大型毫米波天線陣(ALMA，一台由多個國家和地區合作建造的大型射電望遠鏡陣列)對這一星雲進行了新的審視，了解了更多有關這一“宇宙最冷之處”的特徵信息，並確定了它的真實形狀。天文學家最初是用地面望遠鏡對迴力棒星雲進行觀察，發現其呈現彎曲的，類似澳洲原住民使用的迴力棒形狀，這也是其名稱的由來。之後，哈勃太空望遠鏡的觀察顯示，該星雲呈現類似蝶形領結的形狀。最新的ALMA數據顯示，哈勃望遠鏡其實只給出了一部分信息，其觀察到的雙葉形結構可能實際上只是可見光波長下的一個“誤會”。　　

研究負責人，來自美國航空航天局(NASA)噴氣推進實驗室的首席科學家拉夫溫德拉·薩哈伊(Raghvendra Sahai)說：“這個超級寒冷的物體讓我們非常感興趣，通過ALMA，我們對它的本質有了更多的了解。”NASA的噴氣推進實驗室位於加州的帕薩迪納。薩哈伊及其同事的研究成果發表在近期的《天體物理期刊》( Astrophysical Journal)上。“從地面的光學望遠鏡，我們看到的似乎是一個雙葉形，或'迴力棒'形狀的星雲，但實際上這卻是一個更加寬廣，正快速擴展到太空中的結構。”薩哈伊說道。　　迴力棒星雲距離地球大約5000光年，位於半人馬座，是一個相對年輕的“ 行星狀星雲”。與其名字剛好相反的是，行星狀星云其實是恆星(如太陽)生命末期時的形態，此時恆星的外層拋散，留下中心的白矮星，白矮星能發射出強烈的紫外輻射，導致星雲中的氣體發光並產生明亮的色彩。　　

目前，迴力棒星雲即將進入行星狀星雲階段，屆時其中心的恆星溫度將不足以維持足夠的紫外線輻射，因而也不能產生標誌性的光亮。到了這一階段，該星雲只有通過其塵埃顆粒反射的恆星光線才能看到。天文學家觀察到，星雲中心恆星所流出的氣體正迅速擴散，並在擴散過程中冷卻下來。這與冰箱通過氣體膨脹來進行冷卻的原理相似。研究者通過觀察氣體吸收宇宙微波背景輻射的過程，來確定星雲中氣體的溫度。宇宙微波背景輻射的溫度很均勻，為2.8開氏度(零下270.35攝氏度)。“當天文學家在2003年通過哈勃望遠鏡觀察這一星雲時，他們看到的是一個非常經典的'沙漏'形狀，”薩哈伊評論道，“許多行星狀星雲具有類似的雙葉形狀，這是高速氣體流從恆星中發射出來而形成的。這些氣流會在周圍的氣體雲中製造空洞，而氣體雲則是由較早時期，當恆星還是紅巨星的時候噴射出來的。” 　　

通過單碟毫米波射電望遠鏡的觀察，天文學家並沒有發現哈勃望遠鏡所看到的狹窄“腰部”結構。與之相反，他們發現了一個更加均勻，幾乎呈球形的物質外流結構。ALMA具有無與倫比的分辨率，這使得研究者可以將這兩種形狀差異統一起來。通過觀察在毫米波長可發出明亮光線的一氧化碳分子，天文學家發現，哈勃望遠鏡圖像上的雙葉形結構只位於星雲的內部區域。在更外層，他們發現了拉長的、近乎圓形的低溫氣體雲。此外，研究者還發現了包圍恆星的一道密集的毫米級塵埃顆粒，這解釋了為什麼在可見光下，外層的氣體雲具有類似沙漏的形狀。這些塵埃顆粒形成了一個遮蔽物，減弱了中心恆星的一部分光線，使光線只能從狹窄而且相反的方向進入氣體雲，從而形成了類似沙漏的外形。　　

“這對理解恆星的死亡過程，以及它如何變成行星狀星云有十分重要的意義，”薩哈伊說，“利用ALMA，我們可以一窺似太陽恆星垂死掙扎時的景象。”這項研究還表明，迴力棒星雲外圈的溫度已經開始上升，儘管還是稍低於宇宙微波背景輻射。這種升溫有可能是由於光電效應所致。光電效應最早是由愛因斯坦提出，指光子能被固體物質吸收，而後者重新發射出電子的現象。

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