Il luogo più freddo dell’Universo

La Nebulosa Boomerang ripresa dall’Hubble Space Telescope (Image Credit: NASA, ESA e Hubble Heritage Team – STScI/AURA)

Lo spazio è un luogo buio e soprattutto molto freddo. Veramente tanto. Ma quanto freddo?
La temperatura dell’Universo si può ricavare dal cosiddetto fondo cosmico di microonde, una radiazione “fossile” di quello che fu il Big Bang, ciò che è rimasto di quell’immane botto. La sua temperatura media è di 2,725 gradi Kelvin, ovvero poco meno di tre gradi sopra lo zero assoluto, che in gradi centigradi corrisponde a -273,15°C. Piuttosto freddo, no? Eppure, esiste almeno un luogo nell’Universo in cui la temperatura è addirittura più bassa.

Nel 1980, un team di ricercatori del Telescopio Anglo-Australiano, in Australia, ha scoperto una nebulosa proto-planetaria creata da una stella gigante nelle ultime fasi della sua vita. Vista la sua forma peculiare, e forse anche per il fatto che si trovavano in Australia, la battezzarono Nebulosa Boomerang. Essa dista dalla Terra circa 5000 anni luce e si trova nella costellazione del Centauro, al confine nord con la costellazione della Croce. Nello studiarla, i ricercatori si resero conto di un peculiare fenomeno: la Nebulosa sembrava “assorbire” calore dalla radiazione cosmica di fondo. Come ci insegna l’esperienza (e più in dettaglio la termodinamica), un corpo può solo cedere calore, quindi il flusso di calore andrà sempre da un corpo più caldo ad uno più freddo. Se quindi la Nebulosa assorbe calore, vuol dire che è più fredda dell’ambiente circostante. In effetti, nella Nebulosa Boomerang si raggiungono temperature dell’ordine di -272°K, solo un grado sopra lo zero assoluto. Insomma, l’Universo ha il suo frigorifero! Ma come è possibile che la temperatura sia così bassa?

Il principio è esattamente lo stesso del frigorifero, appunto. Un gas che si espande si raffredda, e nella Nebulosa Boomerang il gas si espande a velocità elevatissime, chiarendo il meccanismo che fa “funzionare” questo frigorifero. La Nebulosa Boomerang è una nebulosa planetaria in formazione, cioè una nebulosa derivata dalla perdita di gas di una stella nelle ultime fasi della sua vita. “Venti” fortissimi ad oltre 500.000 km all’ora, sufficienti a fare un giro del nostro pianeta in poco più di 4 minuti, soffiano via il gas dalla stella agonizzante al centro della Nebulosa. Ed è proprio la repentina espansione del gas nel vuoto che causa questo raffreddamento spinto. Ma i conti non tornano completamente, e gli scienziati ritengono che ci debba essere qualcos’altro. Sembra infatti che, per un periodo di tempo di circa 1500 anni, la stella abbia perso dalle 10 alle 100 volte più materiale di quanto accada normalmente ad oggetti simili.

In effetti, la storia di questa nebulosa è più complessa (e tragica) di quanto si pensi.
Non avendo i potenti mezzi della NASA e dell’ESA, abbiamo aperto Photoshop e composto, “mettendo a registro” le stelle principali, due immagini diverse prese con l’Hubble Space Telescope della NASA (la nebulosa azzurra) e con l’ALMA dell’ESA (il “fantasma” rosso), per provare a spiegare quale meccanismo ha reso questa Nebulosa il luogo più freddo dell’Universo.

La teoria prevalente indica che al centro della Nebulosa vi fosse, prima dell’esplosione, un sistema binario in cui la stella principale era nella fase finale del suo ciclo di vita. Terminando il suo combustibile nucleare, la stella ha cominciato ad espandersi, attraendo la stella compagna, che alla fine si sarebbe fusa con il nucleo della principale causando una drammatica esplosione. Ciò spiega come mai il gas si allontani a velocità così folli, velocità che una stella normale non potrebbe mai generare. Ciò che vediamo nella foto è quindi una nebulosa blu di sfondo, osservata nel visibile dall’Hubble, che mostra classica struttura a due lobi e una regione centrale molto sottile. L’immagine in rosso, ottenuta con ALMA, mostra invece la struttura interna super fredda.

Insomma, l’Universo è proprio un luogo strano! Un luogo in cui, da un evento tremendamente energetico, in cui si raggiungono temperature e pressioni elevatissime in volumi così piccoli, si origina la cosa più fredda mai osservata in natura…
Va detto anche che abbiamo avuto fortuna ad osservare questo fenomeno. Infatti, partendo dalla velocità di espansione dei gas e andando a ritroso, si calcola che questa esplosione si è verificata tra i 1000 e i 2000 anni fa. Ma la gigante esplosa continua ad emettere gas nel processo di formazione della nebulosa planetaria, e questo gas riscalderà inevitabilmente l’ambiente, di fatto “spegnendo”, tra non molto, il frigorifero.