Malgré ce que les hipsters peuvent vous dire, le quartier Williamsburg de Brooklyn n’est pas réellement l’endroit le plus cool de l’univers. Cet honneur pourrait plutôt revenir à l’un des deux endroits suivants : une nébuleuse dans l’espace ou un laboratoire du MIT.
Dans les deux cas, vous feriez mieux d’attraper votre veste, car ces endroits sont vraiment, vraiment, follement froids.
La nébuleuse Boomerang, qui est un mélange interstellaire de poussière et de gaz ionisés, plonge à une température ahurissante de moins 458 degrés Fahrenheit (moins 272 degrés Celsius), soit juste un degré Celsius au-dessus du zéro absolu, comme l’ont mesuré les astronomes utilisant le grand réseau millimétrique-submillimétrique d’Atacama (ALMA) au Chili en 2013.
Située à 5 000 années-lumière, cette jeune nébuleuse planétaire a un créateur morbide : une étoile mourante en son centre. Avec le temps, les étoiles situées à l’extrémité la moins lourde de l’échelle de masse – environ huit fois la masse du soleil ou moins – deviennent ce qu’on appelle des géantes rouges.
Voici comment se déroule la durée de vie de ce type d’étoile : Au fur et à mesure que l’étoile brûle sa réserve d’hydrogène dans son noyau, le fusionnant en hélium, sa luminosité augmente en fait. En effet, l’étoile ne peut pas générer suffisamment de chaleur pour supporter son propre poids, et l’hydrogène restant commence à se comprimer en couches à l’extérieur du noyau. Cette compression génère plus d’énergie, mais le résultat est que l’étoile devient plus gonflée à mesure que les gaz de ses couches externes se dilatent. Ainsi, même si l’étoile est plus lumineuse, ses gaz se refroidissent et l’étoile paraît plus rouge. Les géantes rouges sont grandes ; lorsque le soleil se transforme en l’une d’elles, sa surface s’étendra jusqu’à l’orbite actuelle de la Terre.
Éventuellement, la géante brûle complètement son hydrogène. Les géantes rouges plus massives commenceront alors à fusionner l’hélium en éléments plus lourds, mais ce processus a aussi des limites, et c’est alors que les couches centrales de l’étoile s’effondrent. À ce stade, l’étoile se transforme en naine blanche, qui est en fait le noyau superdense brûlé de l’étoile. Au fur et à mesure de l’effondrement, les couches externes de l’étoile sont abandonnées, car la géante rouge est si grande que son emprise sur ses couches externes est ténue. La lumière de l’étoile naine blanche illumine le gaz, et le résultat pour les Terriens est une magnifique nébuleuse planétaire. (Le nom est erroné, il date des premières observations du 18e siècle, mais il est resté.)
Ce gaz se dilate très rapidement, se déplaçant vers l’extérieur à des vitesses supérieures à environ 363 600 mph (585 000 km/h). Et c’est pourquoi la nébuleuse est si froide – encore plus froide que le rayonnement de fond cosmique laissé par le Big Bang (qui est d’environ moins 454,7 degrés F, ou 2,76 kelvins).
Lorsque les gaz se dilatent, ils se refroidissent. Cela se produit parce que l’expansion entraîne une baisse de la pression, et une diminution de la pression ralentit les molécules de gaz. (La température est essentiellement une mesure de la vitesse à laquelle les molécules se déplacent. Plus les molécules sont rapides, plus le gaz est chaud.)
Vous pouvez observer le même phénomène lorsque vous utilisez une boîte d’air pour nettoyer un ordinateur : La canette d’air se refroidit lorsque vous pulvérisez, car la pression du gaz à l’intérieur diminue rapidement. Une partie de l’énergie nécessaire à l’expansion du gaz provient de l’énergie thermique de la bombe aérosol. Parce que les gaz de la nébuleuse du Boomerang ont été projetés par l’étoile centrale à une si grande vitesse, une grande quantité d’énergie thermique s’est envolée en un clin d’œil.
Raghvendra Sahai, du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, à Pasadena, en Californie, pense que la nébuleuse Boomerang est encore plus froide que les autres nébuleuses en expansion parce qu’elle rejette sa masse environ 100 fois plus vite que ces étoiles mourantes, ou environ 100 milliards de fois plus vite que le soleil éjecte de la masse.
Mais qu’en est-il des endroits froids sur Terre ?
Les étudiants du MIT seront heureux d’apprendre que leur école est – jusqu’à présent – la plus cool. En 2015, une équipe de physiciens y a refroidi des atomes à la température la plus froide jamais atteinte : 500 nanokelvins, soit 0,0000005 kelvins (moins 459,67 F ou moins 273,15 C). C’est beaucoup plus froid que la nébuleuse Boomerang, mais seulement parce que les scientifiques ont utilisé des lasers pour refroidir des atomes individuels de sodium et de potassium.
Cambridge ne sera pas le plus froid pour toujours, cependant. De nombreuses équipes de scientifiques ont continué à travailler pour rendre les gaz encore plus froids. Le JPL dispose du Laboratoire d’atomes froids, qui a été lancé sur la Station spatiale internationale en 2018 et a déjà produit l’objet connu le plus froid dans l’espace, et pourrait bientôt produire l’objet connu le plus froid dans l’univers.
Note de la rédaction : Cette histoire a été mise à jour à 11 h 02, le 1er août 2018, pour inclure les derniers résultats du Laboratoire d’atomes froids.
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