Huolimatta siitä, mitä hipsterit kertovat, Brooklynin Williamsburgin kaupunginosa ei oikeastaan ole maailmankaikkeuden viilein paikka. Pikemminkin se kunnia voisi mennä jollekin kahdesta paikasta: avaruuden tähtisumulle tai MIT:n laboratoriolle.

Kummassakin tapauksessa sinun on parasta napata takkisi mukaan, sillä nämä paikat ovat todella, todella, järjettömän kylmiä.

Boomerangin tähtisumu, joka on tähtienvälinen sekamelska pölyä ja ionisoituneita kaasuja, syöksyy leuanvetolämpötilaan, joka on miinus 458 celsiusastetta (miinus 272 celsiusastetta) eli vain asteen verran absoluuttisen nollapisteen yläpuolella, kuten tähtitieteilijät mittasivat Chilessä sijaitsevan ALMA-analysaattorin (ALMA, Atacama Large Millimeter-submillimeter Array) avulla Chilessä vuonna 2013.

5 000 valovuoden päässä sijaitsevalla nuorella planeettasumulla on sairaalloinen luoja: kuoleva tähti sen keskellä. Ajan myötä massa-asteikon kevyemmässä päässä olevista tähdistä – noin kahdeksan kertaa Auringon massaa suuremmista tai pienemmistä – tulee niin sanottuja punaisia jättiläisiä.

Näin menee tämäntyyppisen tähden elinkaari: Kun tähti polttaa ytimessään olevan vedyn loppuun ja sulattaa sen heliumiksi, sen valovoima itse asiassa kasvaa. Tämä johtuu siitä, että tähti ei pysty tuottamaan tarpeeksi lämpöä tukeakseen omaa painoaan, joten jäljelle jäävä vety alkaa pakkautua kerroksiksi ytimen ulkopuolelle. Tämä puristuminen tuottaa enemmän energiaa, mutta sen seurauksena tähti paisuu, kun sen uloimpien kerrosten kaasut laajenevat. Vaikka tähti onkin kirkkaampi, sen kaasut jäähtyvät, ja tähti näyttää punaisemmalta. Punaiset jättiläiset ovat suuria; kun Aurinko muuttuu sellaiseksi, sen pinta ulottuu Maan nykyiselle kiertoradalle.

Lopulta jättiläinen polttaa vedynsä kokonaan loppuun. Massiivisemmat punaiset jättiläiset alkavat sitten sulattaa heliumia raskaammiksi alkuaineiksi, mutta tässäkin prosessissa on rajansa, ja silloin tähden keskikerrokset romahtavat. Siinä vaiheessa tähti muuttuu valkoiseksi kääpiöksi, joka on periaatteessa tähden loppuun palanut, erittäin tiheä ydin. Kun romahdus tapahtuu, tähden ulommat kerrokset jäävät jäljelle, koska punainen jättiläinen on niin suuri, että sen ote ulommista kerroksista on heikko. Valkoisen kääpiötähden valo valaisee kaasun, ja tuloksena on maan asukkaille upea planetaarinen tähtisumu. (Nimi on virheellinen, sillä se on peräisin ensimmäisistä havainnoista 1700-luvulla, mutta se on jäänyt mieleen.)

Tämä kaasu laajenee hyvin nopeasti, ja se liikkuu ulospäin noin 585 000 km/h (363 600 mph) nopeudella. Ja siksi tähtisumu on niin kylmä – jopa kylmempi kuin alkuräjähdyksestä jäänyt kosminen taustasäteily (joka on noin miinus 454,7 astetta F eli 2,76 kelviniä).

Kun kaasut laajenevat, ne jäähtyvät. Tämä tapahtuu, koska laajeneminen aiheuttaa paineen laskua, ja paineen lasku hidastaa kaasumolekyylejä. (Lämpötila on periaatteessa mittaus siitä, kuinka nopeasti molekyylit liikkuvat. Mitä nopeammin molekyylit liikkuvat, sitä kuumempi kaasu on.)

Voit havaita saman ilmiön, kun käytät ilmapurkkia tietokoneen puhdistamiseen: Ilmapurkki kylmenee, kun suihkutat, koska sen sisällä olevan kaasun paine laskee nopeasti. Osa energiasta, jolla kaasu saadaan laajenemaan, otetaan aerosolitölkin lämpöenergiasta. Koska Bumerangisumun kaasut sinkoutuivat keskustähdestä niin suurella nopeudella, paljon lämpöenergiaa sinkoutui pois silmänräpäyksessä.

Raghvendra Sahai, NASAn Jet Propulsion Laboratory (JPL) -laboratoriosta Kalifornian Pasadenassa, uskoo, että Bumerangisumu on jopa kylmempi kuin muut laajenevat sumut, koska se heittää massaansa pois noin 100 kertaa nopeammin kuin nuo kuolevat tähdet eli noin 100 miljardia kertaa nopeammin kuin aurinko heittää massaa ulos.

Mutta entä koleat paikat maapallolla?

MIT:n opiskelijat iloitsevat siitä, että heidän koulunsa on – toistaiseksi – siistein. Vuonna 2015 sikäläinen fyysikkoryhmä jäähdytti atomit kaikkien aikojen kylmimpään lämpötilaan: 500 nanokelviiniin eli 0,0000005 kelviiniin (miinus 459,67 F eli miinus 273,15 C). Se on paljon kylmempi kuin Bumerangin tähtisumussa, mutta vain siksi, että tutkijat käyttivät lasereita jäähdyttääkseen yksittäisiä natrium- ja kaliumatomeja.

Cambridge ei kuitenkaan ole kylmin ikuisesti. Monet tutkijaryhmät ovat jatkaneet työtään kaasujen saamiseksi vielä kylmemmiksi. JPL:llä on Kylmän atomin laboratorio, joka laukaistiin kansainväliselle avaruusasemalle vuonna 2018 ja joka on jo tuottanut kylmimmän tunnetun kohteen avaruudessa, ja se voi pian tuottaa kylmimmän tunnetun kohteen maailmankaikkeudessa.

Toimittajan huomautus: Tämä juttu päivitettiin 1.8.2018 kello 11:02 lisäämällä siihen Kylmän atomin laboratorion viimeisimmät tulokset.

Seuraa Elämän pieniä mysteerejä Twitterissä @llmysteries. Olemme myös Facebookissa & Google+.