Jakie jest najgorętsze miejsce we Wszechświecie?

40,2 °C – tyle wyniosła rekordowa temperatura w Polsce. Zarejestrowano ją 29 lipca 1921, w Pruszkowie. To było gorące lato. Jednak zarówno na Ziemi, jak i poza nią, temperatura może być dużo wyższa. No właśnie, gdzie we Wszechświecie znajdziemy najgorętsze miejsce?

Aby mieć punkt odniesienia, nasze poszukiwania zacznijmy od temperatury zamarzania wody, czyli 0 stopni Celsjusza. 36-37 stopni to normalna temperatura ludzkiego ciała. Używając wody z temperaturą powyżej 40 °C, bierzemy gorącą kąpiel. Powyżej 50 °C woda może być już nieprzyjemna. 100 to temperatura wrzenia wody, jednak w zależności od wysokości, na której się znajdujemy, może być niższa (Na szczycie Mount Everest woda wrze w zaledwie 71 °C). Wodę można też podgrzać do temperatury wyższej od 100 °C, sztucznie zwiększając ciśnienie (np. używając szybkowaru). Bez zwiększania ciśnienia w celu obróbki cieplnej potrawę możemy usmażyć albo upiec (150-200 °C). Dla organizmu taka temperatura jest już nie do zniesienia. Jednak możemy poszukać gorętszych miejsc niż wnętrze piekarnika.

Przejdźmy do temperatur dla dużych chłopców. Lawa w zależności od składu osiąga temperaturę w zakresie 700-1200 °C. Podobne i wyższe temperatury wytwarza piec hutniczy. Na powierzchni Ziemi nic gorętszego od lawy nie znajdziemy, ale pod powierzchnią, owszem. Temperatura jądra naszej planety szacowana jest na około 6000 stopni. Podobną temperaturę ma Słońce, jednak tylko na powierzchni. Jeśli dotrzemy do jego rdzenia, temperatura sięgnie 15 milionów stopni Celsjusza. Znaleźliśmy naprawdę gorące miejsce.

Ktoś może się teraz zapytać, skąd naukowcy wiedzą o takich temperaturach? Przecież nie mamy gigantycznego termometru do mierzenia temperatury słońca. Otóż każdy obiekt posiadający jakąkolwiek temperaturę większą od zera absolutnego (najniższej możliwej temperatury) emituje energię. Nazywamy ją promieniowaniem elektromagnetycznym. Promieniowanie to rozchodzi się w postaci fal. Wyobraźmy sobie teraz sinusoidę fali. Odległość pomiędzy grzbietem fali sinusoidalnej a kolejnym następnym grzbietem nazywamy długością fali. Naukowcy, mierząc długość fali, którą promieniuje obiekt, są w stanie obliczyć jego dokładną temperaturę. Im wyższa temperatura obiektu, tym fale są krótsze. Przy bardzo wysokich temperaturach długość fali mierzona jest w nanometrach (jedna miliardowa metra).

Wróćmy do temperatur. Z piętnastoma milionami stopni rdzeń słońca jest bardzo gorący, jednak jeśli szukamy czegoś gorętszego, udajmy się do gwiazdozbioru Strzelca, gdzie znajduje się gwiazda WR 102, z temperaturą powierzchni 210000 °C. To dużo. Jednak nawet temperatura tej gwiazdy jest niczym w porównaniu do tej osiąganej przy wybuchu bomby nuklearnej. Sto milionów stopni może zniszczyć życie na całej planecie. Na szczęście temperatura ta powstaje na zaledwie ułamek sekundy. Wróćmy w otchłań kosmosu. Gwiazda wielkości 10-20 mas naszego Słońca, pod koniec swojego życia osiąga temperaturę od 3 do 6 miliardów stopni Celsjusza. Czy to już koniec? Nie, w 2012 naukowcy z ośrodka CERN, przy pomocy Wielkiego Zderzacza Hadronów wywołali temperaturę 3,5 biliona °C. Osiągnęli ją podczas zderzania ze sobą cząstek elementarnych. Dlaczego ludzkość nadal istnieje, skoro naukowcy wywołali takie piekielne temperatury? Ponieważ podobnie jak przy wybuchu bomby jądrowej, temperatury te istniały w bardzo krótkim czasie. CERN dzierżył zaszczyt wywołania największej temperatury aż do 2016, kiedy naukowcy odkryli, kwazar 3C 273 (obiekt przypominający zarówno gwiazdę, jak i galaktykę). Kombinacja danych z różnych teleskopów pokazała, że temperatura rdzenia tego obiektu to 10 bilionów stopni (bilion to 1000 miliardów).

Więc już wiemy. Najgorętsze naturalne miejsce we wszechświecie znajdziemy w kwazarach. Natomiast, jeśli jest nam zimno, a nie możemy lecieć akurat w kosmos, możemy się ugrzać przy Wielkim Zderzaczu Hadronów. Jednak czy można osiągnąć jeszcze wyższe temperatury?

Tak, można. Podobnie jak do ogniska można dołożyć więcej drewna, aby paliło się mocniej, tak do gorącego obiektu, można dodać więcej energii, aby było gorętsze. Możemy tak rozpalać nasze gorące miejsce aż do osiągnięcia temperatury mierzonej w kwintylionach (10 z 32 zerami). Tak naprawdę do każdego układu można dodać więcej energii, jednak przy temperaturze mierzonej w kwintylionach nasza wiedza się kończy. Jak wcześniej wspomnieliśmy, długość fali zależy od temperatury. Im wyższa temperatura, tym ich długość mniejsza. Przy wspomnianej temperaturze fale osiągają długość Plancka, czyli najkrótszy możliwy dystans. Jeśli jednak dołożymy wtedy jeszcze więcej energii… no właśnie tego nie wiemy tego na pewno. Nie jesteśmy w stanie wyliczyć, co się stanie, gdyż nasze teorie nie są przygotowane na takie temperatury. Niektórzy uważają, iż przy takiej ilości energii zgromadzonej w jednym miejscu wytworzyłaby się czarna dziura. W przeciwieństwie do tradycyjnej czarnej dziury, składającej się ze skoncentrowanej materii, nasza czarna dziura powstałaby z czystej energii. Jest to oczywiście czyste gdybanie, ale teoria względności nie wyklucza takiego scenariusza. Na pewno wiemy, że w takim miejscu znane nam prawa fizyki przestałyby obowiązywać. Aby dowiedzieć się, co nastąpiłoby dalej, ludzkość musi odkryć teorię grawitacji kwantowej, czyli teorię zachowania grawitacji w małych przestrzeniach.

Na koniec jeszcze dodajmy, jaki jest cel tego typu rozważań, oprócz czysto teoretycznej zabawy. Możliwość wytwarzania czarnej dziury może posłużyć np. do transportu gwiezdnego. Napędy znane z filmów i książek science-fiction, mogłyby stać się faktem.

Źródła:

https://www.translatorscafe.com/unit-converter/en/temperature/6-1/

http://kopalniawiedzy.pl/dzet-struga-kwazar-temperatura,24281

The extremely hot heart of quasar 3C273

http://www.pbs.org/wgbh/nova/physics/absolute-hot.html

CERN Breaks Record for Hottest Man-Made Temperature

http://alicematters.web.cern.ch/?q=QM12_temp_rec

http://astronomy.swin.edu.au/cosmos/c/core-collapse

http://www.atomicarchive.com/Effects/effects7.shtml

https://www.livescience.com/42593-how-hot-is-the-sun.html

https://www.universetoday.com/27891/temperature-of-lava/