回力棒星云是已知宇宙中溫度最低的地方。經(jīng)測量，這個星云的溫度為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，一臺由多個國家和地區(qū)合作建造的大型射電望遠鏡陣列）對這一星云進行了新的審視，了解了更多有關(guān)這一“宇宙最冷之處”的特征信息，并確定了它的真實形狀。

回力棒星云被稱為是“宇宙中最冷之處”，其真實形狀于近日被阿塔卡瑪大型毫米波天線陣（ALMA）所揭示。背景中的藍色結(jié)構(gòu)由哈勃太空望遠鏡以可見光模式拍攝，呈經(jīng)典的雙葉形結(jié)構(gòu)，中心區(qū)域十分狹窄。ALMA所具有的高分辨率能觀測到低溫的氣體分子，揭示出回力棒星云拉長的形狀，在圖中呈紅色。

天文學家最初是用地面望遠鏡對回力棒星云進行觀察，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)彎曲的，類似澳洲原住民使用的回力棒形狀，這也是其名稱的由來。之后，哈勃太空望遠鏡的觀察顯示，該星云呈現(xiàn)類似蝶形領(lǐng)結(jié)的形狀。最新的ALMA數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)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(zhì)有了更多的了解。”NASA的噴氣推進實驗室位于加州的帕薩迪納。薩哈伊及其同事的研究成果發(fā)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‘回力棒’形狀的星云，但實際上這卻是一個更加寬廣，正快速擴展到太空中的結(jié)構(gòu)。”薩哈伊說道。

回力棒星云距離地球大約5000光年，位于半人馬座，是一個相對年輕的“行星狀星云”。與其名字剛好相反的是，行星狀星云其實是恒星（如太陽）生命末期時的形態(tài)，此時恒星的外層拋散，留下中心的白矮星，白矮星能發(fā)射出強烈的紫外輻射，導(dǎo)致星云中的氣體發(fā)光并產(chǎn)生明亮的色彩。

目前，回力棒星云即將進入行星狀星云階段，屆時其中心的恒星溫度將不足以維持足夠的紫外線輻射，因而也不能產(chǎn)生標志性的光亮。到了這一階段，該星云只有通過其塵埃顆粒反射的恒星光線才能看到。

天文學家觀察到，星云中心恒星所流出的氣體正迅速擴散，并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，來確定星云中氣體的溫度。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云時，他們看到的是一個非常經(jīng)典的‘沙漏’形狀，”薩哈伊評論道，“許多行星狀星云具有類似的雙葉形狀，這是高速氣體流從恒星中發(fā)射出來而形成的。這些氣流會在周圍的氣體云中制造空洞，而氣體云則是由較早時期，當恒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，天文學家并沒有發(fā)現(xiàn)哈勃望遠鏡所看到的狹窄“腰部”結(jié)構(gòu)。與之相反，他們發(fā)現(xiàn)了一個更加均勻，幾乎呈球形的物質(zhì)外流結(jié)構(gòu)。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(tǒng)一起來。

通過觀察在毫米波長可發(fā)出明亮光線的一氧化碳分子，天文學家發(fā)現(xiàn)，哈勃望遠鏡圖像上的雙葉形結(jié)構(gòu)只位于星云的內(nèi)部區(qū)域。在更外層，他們發(fā)現(xiàn)了拉長的、近乎圓形的低溫氣體云。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)了包圍恒星的一道密集的毫米級塵埃顆粒，這解釋了為什么在可見光下，外層的氣體云具有類似沙漏的形狀。這些塵埃顆粒形成了一個遮蔽物，減弱了中心恒星的一部分光線，使光線只能從狹窄而且相反的方向進入氣體云，從而形成了類似沙漏的外形。

“這對理解恒星的死亡過程，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恒星垂死掙扎時的景象。”這項研究還表明，回力棒星云外圈的溫度已經(jīng)開始上升，盡管還是稍低于宇宙微波背景輻射。這種升溫有可能是由于光電效應(yīng)所致。光電效應(yīng)最早是由愛因斯坦提出，指光子能被固體物質(zhì)吸收，而后者重新發(fā)射出電子的現(xiàn)象。