Trotz der Aussagen von Hipstern ist das Brooklyner Stadtviertel Williamsburg nicht der kälteste Ort im Universum. Vielmehr könnte diese Ehre einem von zwei Orten zuteil werden: einem Nebel im Weltraum oder einem Labor am MIT.

So oder so, du solltest dir besser deine Jacke schnappen, denn diese Orte sind wirklich, wirklich, wahnsinnig kalt.

Der Bumerangnebel, ein interstellares Gemisch aus Staub und ionisierten Gasen, fällt auf eine atemberaubende Temperatur von minus 458 Grad Fahrenheit (minus 272 Grad Celsius), also nur ein Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt, wie Astronomen 2013 mit dem Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) in Chile gemessen haben.

Dieser 5.000 Lichtjahre entfernte, junge planetarische Nebel hat einen morbiden Schöpfer: einen sterbenden Stern in seinem Zentrum. Mit der Zeit werden Sterne am unteren Ende der Massenskala – etwa das Achtfache der Sonnenmasse oder weniger – zu so genannten Roten Riesen.

Die Lebensspanne eines solchen Sterns verläuft folgendermaßen: Wenn der Stern seinen Wasserstoffvorrat in seinem Kern verbrennt und zu Helium fusioniert, nimmt seine Leuchtkraft zu. Das liegt daran, dass der Stern nicht genug Wärme erzeugen kann, um sein eigenes Gewicht zu tragen, so dass der verbleibende Wasserstoff in Schichten an der Außenseite des Kerns komprimiert wird. Diese Kompression erzeugt mehr Energie, aber das Ergebnis ist, dass der Stern aufgeblasener wird, da sich die Gase in seinen äußeren Schichten ausdehnen. Obwohl der Stern also heller leuchtet, kühlen seine Gase ab, und der Stern erscheint röter. Rote Riesen sind groß; wenn sich die Sonne in einen solchen verwandelt, reicht ihre Oberfläche bis zur aktuellen Umlaufbahn der Erde.

Schließlich verbrennt der Riese seinen Wasserstoff vollständig. Massereichere Rote Riesen beginnen dann, das Helium zu schwereren Elementen zu fusionieren, aber auch dieser Prozess hat seine Grenzen, und dann kollabieren die zentralen Schichten des Sterns. An diesem Punkt verwandelt sich der Stern in einen Weißen Zwerg, d. h. in den ausgebrannten, superdichten Kern des Sterns. Während des Kollapses bleiben die äußeren Schichten des Sterns zurück, denn der Rote Riese ist so groß, dass er seine äußeren Schichten nur noch schwer festhalten kann. Das Licht des Weißen Zwerges beleuchtet das Gas, und das Ergebnis ist für die Erdbewohner ein wunderschöner planetarischer Nebel. (Der Name ist eine Fehlbezeichnung, die auf die ersten Sichtungen im 18. Jahrhundert zurückgeht, aber er hat sich gehalten.)

Dieses Gas dehnt sich sehr schnell aus und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 585.000 km/h nach außen. Und deshalb ist der Nebel so kalt – sogar kälter als die kosmische Hintergrundstrahlung, die vom Urknall übrig geblieben ist (die etwa minus 454,7 Grad F oder 2,76 Kelvin beträgt).

Wenn sich Gase ausdehnen, werden sie kälter. Das liegt daran, dass durch die Ausdehnung der Druck sinkt und die Gasmoleküle durch den Druckabfall verlangsamt werden. (Die Temperatur ist im Grunde ein Maß dafür, wie schnell sich die Moleküle bewegen. Je schneller sich die Moleküle bewegen, desto heißer ist das Gas.)

Das gleiche Phänomen kann man beobachten, wenn man einen Computer mit einer Luftdose reinigt: Die Dose mit der Luft wird kälter, wenn man sprüht, weil der Druck auf das Gas darin schnell abnimmt. Ein Teil der Energie, die für die Ausdehnung des Gases benötigt wird, wird von der Wärmeenergie in der Spraydose abgezogen. Da die Gase im Bumerangnebel vom Zentralstern mit so großer Geschwindigkeit weggeschleudert wurden, wurde eine Menge Wärmeenergie in einem Wimpernschlag weggezappt.

Raghvendra Sahai vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena, Kalifornien, glaubt, dass der Bumerangnebel sogar noch kälter ist als andere expandierende Nebel, weil er seine Masse etwa 100 Mal schneller abwirft als diese sterbenden Sterne, oder etwa 100 Milliarden Mal schneller als die Sonne Masse ausstößt.

Aber was ist mit kalten Orten auf der Erde?

Die Studenten des MIT werden sich freuen zu hören, dass ihre Schule – bis jetzt – die coolste ist. Im Jahr 2015 hat ein Team von Physikern dort Atome auf die kälteste Temperatur aller Zeiten abgekühlt: 500 Nanokelvin oder 0,0000005 Kelvin (minus 459,67 F oder minus 273,15 C). Das ist viel kälter als der Bumerangnebel, aber nur, weil die Wissenschaftler Laser verwendeten, um einzelne Natrium- und Kaliumatome zu kühlen.

Cambridge wird jedoch nicht für immer der kälteste Ort bleiben. Viele Wissenschaftlerteams haben weiter daran gearbeitet, Gase noch kälter zu machen. Das JPL verfügt über das Cold Atom Laboratory, das 2018 zur Internationalen Raumstation gestartet ist und bereits das kälteste bekannte Objekt im Weltraum erzeugt hat und bald das kälteste bekannte Objekt im Universum erzeugen könnte.

Anmerkung der Redaktion: Diese Geschichte wurde am 1. August 2018 um 11:02 Uhr aktualisiert, um die neuesten Ergebnisse des Cold Atom Laboratory aufzunehmen.

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