Irgendwo im Sternbild Zentaur, rund 5000 Lichtjahre entfernt, liegt ein Ort, der kälter ist als das Weltall selbst. In einem unscheinbaren Nebel ist das Gas auf etwa ein Grad über dem absoluten Nullpunkt gesunken, kälter als die Reststrahlung des Urknalls, die den gesamten Kosmos durchzieht. Das gilt als der kälteste Ort im Universum, den Astronomen bislang gefunden haben. Angetrieben wird diese extreme Kühle von einem sterbenden Stern. Wie ein Ort kälter sein kann als seine Umgebung, ist dabei die eigentlich verblüffende Frage.
Der Nebel trägt den Namen Boomerang-Nebel, weil er auf frühen Aufnahmen leicht gekrümmt erschien. Später zeigten schärfere Bilder eine sanduhr- oder schleifenähnliche Form mit zwei gegenläufigen Gaskeulen. In seinem Zentrum steckt ein Stern in seiner Todesphase, ein alternder Stern auf dem Weg, seine äußeren Hüllen abzustoßen und zu einem Weißen Zwerg zu schrumpfen. Genau dieser Vorgang erzeugt die außergewöhnliche Kälte. Der Stern schleudert Gas mit sehr hoher Geschwindigkeit nach außen, und dabei kühlt das ausströmende Material dramatisch ab. Das Ergebnis ist ein Bereich, dessen Temperatur nicht nur niedrig, sondern niedriger als der kosmische Grundwert ist, ein Zustand, der lange als unmöglich galt.
Um das zu begreifen, hilft ein Blick auf die Temperatur des leeren Raums. Das All ist nicht beliebig kalt, sondern von einer schwachen, gleichmäßigen Reststrahlung erfüllt, dem Nachglühen des Urknalls. Diese kosmische Hintergrundstrahlung sorgt überall für eine Grundtemperatur von etwa 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt, also rund minus 270 Grad Celsius. Jedes Objekt ohne eigene Wärmequelle gleicht sich normalerweise diesem Wert an. Der kälteste Ort im Universum aber liegt bei etwa einem Grad über dem absoluten Nullpunkt und damit deutlich unter dieser Grundtemperatur. Genau das macht ihn so besonders: Er ist der einzige bekannte natürliche Ort, der kälter ist als der Kosmos, in den er eingebettet ist.
Der kälteste Ort im Universum entsteht durch rasch ausströmendes Gas eines sterbenden Sterns. Wenn Gas sich sehr schnell ausdehnt, kühlt es stark ab, genau wie das Kühlmittel in einem Kühlschrank. Im Boomerang-Nebel geschieht das so extrem, dass die Temperatur unter die kosmische Hintergrundstrahlung fällt, auf rund ein Grad über dem absoluten Nullpunkt.
Dieses Prinzip kennt jeder aus dem Alltag, wenn auch in milderer Form. Lässt man Druckluft aus einer Dose entweichen, wird sie spürbar kalt, weil sich das Gas ausdehnt und dabei Energie verliert. Im Nebel läuft derselbe Vorgang in gewaltigem Maßstab ab. Der sterbende Stern stößt seine Hülle ungewöhnlich schnell und ungewöhnlich massereich aus, nach Schätzungen deutlich rascher als vergleichbare Sterne. Über einen Zeitraum von rund anderthalbtausend Jahren hat er dabei eine Materiemenge verloren, die grob der Masse unserer Sonne entspricht. Diese enorme, schnelle Ausdehnung entzieht dem Gas so viel Energie, dass es unter den kosmischen Grundwert abkühlt.
Eine Temperatur weit jenseits jeder irdischen Kälte lässt sich nicht mit einem Thermometer bestimmen, sondern über den Umgang des Gases mit der Hintergrundstrahlung. Die entscheidende Beobachtung gelang in den 1990er-Jahren mit einem Submillimeter-Teleskop in Chile. Astronomen stellten fest, dass das kalte Gas im Nebel einen Teil der kosmischen Hintergrundstrahlung schluckte, statt sie nur durchzulassen. Ein solches Verschlucken ist nur möglich, wenn das Gas kälter ist als die Strahlung selbst. Aus der Stärke dieses Effekts und aus dem Verhalten bestimmter Moleküllinien ließ sich die Temperatur auf etwa ein Kelvin eingrenzen. Später bildeten leistungsstarke Teleskope die Struktur des Nebels genauer ab und bestätigten die extreme Kühle. Die Deutungen der beteiligten Institute, etwa des Jet Propulsion Laboratory der NASA, ordnen den Nebel bis heute als kältesten bekannten Ort ein.
Dass ausgerechnet ein Stern die stärkste bekannte Kälte erzeugt, wirkt widersprüchlich, denn Sterne gelten als Inbegriff von Hitze. Der Schlüssel liegt in der besonderen Phase, in der sich der Zentralstern befindet. Er ist ein sogenannter Vorplanetarischer Nebel, eine kurze Übergangsstufe, in der der Stern seine Hülle bereits abstößt, aber noch nicht heiß genug leuchtet, um sie zum Glühen zu bringen. Das ausgestoßene Gas rast so schnell und so dicht nach außen, dass die kühlende Ausdehnung jede Erwärmung überwiegt. Warum der Ausstoß so ungewöhnlich heftig ausfällt, ist noch nicht abschließend geklärt. Eine Vermutung sieht die Ursache in einem Begleitstern, der die Todeswolke zusätzlich antreibt. Fest steht, dass ohne diesen extremen, schnellen Materieauswurf die Rekordkälte nicht zustande käme. Eine Übersicht der Europäischen Weltraumorganisation beschreibt den Nebel entsprechend als einzigartigen Fall.
Ein Grad über dem absoluten Nullpunkt sprengt jede Alltagsvorstellung von Kälte. Der absolute Nullpunkt bei minus 273,15 Grad Celsius ist die Grenze, an der die Bewegung der Teilchen nahezu vollständig zum Erliegen kommt. Kein Ort kann sie erreichen, doch der Boomerang-Nebel kommt bis auf ein einziges Grad heran. Zum Vergleich: Der kälteste je auf der Erde gemessene Wert liegt bei rund minus 90 Grad Celsius, und selbst die Nachtseite des Mondes bleibt weit wärmer als der Nebel. Auch die Reststrahlung des Urknalls, die als natürliche Untergrenze des Kosmos gilt, ist noch fast zwei Grad wärmer. Der Nebel unterschreitet diese universelle Grenze, in ein Gebiet, in dem sich kein anderer bekannter natürlicher Ort aufhält. Diese Zahl macht anschaulich, wie außergewöhnlich der Zustand ist.
Über den Rekord hinaus ist der Boomerang-Nebel ein Fenster in eine flüchtige Lebensphase von Sternen. Sonnenähnliche Sterne enden nicht in einer gewaltigen Explosion, sondern stoßen am Ende ihre äußeren Schichten ab und hinterlassen einen dichten, heißen Kern, den Weißen Zwerg. Der Nebel zeigt genau den kurzen Moment, in dem diese Hülle davonströmt, bevor der Kern hell genug wird, um sie leuchten zu lassen. Weil diese Phase nur wenige tausend Jahre dauert, ist sie schwer zu erwischen, und ein derart extremer Fall ist besonders selten. Der kälteste Ort im Universum liefert damit nicht nur einen spektakulären Rekord, sondern auch Hinweise darauf, wie Sterne wie unsere Sonne einst enden werden. Zurück bleibt das Bild einer sterbenden Sonne, die sich in einen Ort verwandelt, der kälter ist als die Nacht zwischen den Galaxien.