Диффузная материя

1. Межзвездный пыль и газ. В. Я. Струве более ста лет назад указал на существование межзвездного поглощения света, было окончательно доказано только в 1930 г. Межзвездная поглощение света ослабляет яркость звезд тем больше, чем дальше они от нас, и тем сильнее, чем короче длина волны. Поэтому далекие звезды кажутся краснее, чем они есть на самом деле. Такой эффект являться причиной мелкая пыль, размеры частиц которого сравнению с длиной световой волны.

Исследования показали, что межзвездный пыль сосредоточен в слое небольшой толщины (около 200-300 пк) вдоль галактической плоскости. Он состоит из разреженного газопылевого среды, местами сгущается в облака. Проходя расстояние 1000 пк в плоскости Галактики, свет ослабляется в среднем на 1,5 звездной величины.

Уменьшение видимой яркости далеких звезд затрудняет точное определение расстояния до них сравнением их абсолютной звездной величины с видимой. Определяя расстояния, приходится учитывать не только влияние космической пыли, но и неравномерное его распределение, наличие темных облаков.

Подобные по своей природе и близкие по составу газопылевые облака имеют разный вид. Непрозрачные для света, они могут наблюдаться как темные туманности (рис. 89).

Если поблизости большой газопылевой облака находится яркая звезда большой светимости, то она освещает эту тучу. Облако, отражая излучение звезды, имеет вид светлой туманности. Спектр этой туманности такой же, как и спектр звезды, ее освещает.

Когда газопылевых облако освещается очень горячей

звездой (с температурой не ниже 20-30 тыс. кельвинов), то ультрафиолетовое излучение звезды ионизирует водород и другие газы тучи и вызывает их свечение. Газ поглощает ультрафиолетовые лучи, а излучает в красных, зеленых и других линиях спектра. Такое светящуюся облако называют диффузной газовой туманностью. Если бы горячая звезда вдруг погасла, туманность также вскоре перестала бы светиться. Такая типичная туманность находится в созвездии Ориона (рис. 90). ее видно (зимой) в сильный бинокль, однако только фотография выявляет ее структуру.

Газопылевых разреженных диффузных туманностей известно много. Все они клочкувати, неправильной формы, без четких очертаний. Спектр туманностей состоит из ярких линий водорода, кислорода и других легких газов. Некоторые газы находятся в таком состоянии, дающих спектр, который никогда не наблюдалось в земных условиях. Две самые яркие зеленые линии спектра туманностей долго приписывали обозримом химическому элементу «небулию» (что значит «туманный»), который должен быть только в туманностях. Но потом выяснилось, что эти линии принадлежат атому кислорода, который потерял два электрона и светится в условиях недостижимой для лабораторий разреженности. Действительно, плотность газовых туманностей около 10-18 — 10-20 кг/м3

Особый тип туманностей составляют планетарные туманности (рис. 91) -светлые газовые оболочки, их выбрасывают звезды на определенной стадии своего развития, которая является закономерным этапом для большинства звезд. Природа их свечения такая же, как и диффузных туманностей.

В 1931 г. автор этого учебника доказал, что звезды в процессе эволюции выбрасывают столько газа, что его достаточно для формирования новых поколений звезд.

Газовые диффузные туманности образуют в галактической плоскости слой толщиной всего около 200 пк. Они принадлежат к населению, характерного для спиральных ветвей Галактики. Размеры туманностей огромны — несколько парсеков или несколько десятков парсеков, так что в них обычно бывает погружено несколько зрение.

Современная техника наблюдений в инфракрасном и радиодиапазоне позволяет исследовать газопылевые облака, непрозрачные для видимого света, и изучать процесс звездообразования, который происходит в этих облаках. Ближайшей к нам областью, где и в наше время образуются звезды, является газопылевых комплекс в созвездии Ориона.

2. Возникновение зрение. В пользу гипотезы о возникновении зрение в результате гравитационной конденсации (т.е. взаимного притяжения частиц) из холодных газопылевых облаков говорит целый ряд фактов. Самый важный из них заключается в том, что образование звезд наблюдается вблизи галактической плоскости, где концентрируются облака густой и холодного межзвездного газа. Поскольку звезда, зарождающегося (протозоря), имеет еще невысокую плотность и температуру, то она может излучать в инфракрасном диапазоне длин волн. В областях звездообразования находят мощные источники инфракрасного излучения очень маленького углового размера. Эти источники могут быть звездами, формируемых и недавно сформировались и окружены еще густым газопылевых средой, из которого они возникли.

Сжимаясь, протозоря разогревается, пока температура в ее недрах не поднимется до нескольких миллионов градусов. Тогда начнутся ядерные реакции с участием легких элементов и выделением энергии. Изменение яркости молодых звезд — признак того, что они еще не стали устойчивыми. Нагрев вызывает реакцию превращения водорода в гелий и останавливает сжатия. Давление газа изнутри уравновешивает тяготение к центру. Заря становится устойчивой и большую часть своего существования сохраняет примерно постоянными размер и светимость (см. § 26). Именно такие звезды образуют главную последовательность на диаграмме «цвет — светимость». Зоря, масса которой такая же, как у Солнца, сжалась и появилась на главной последовательности примерно за 10 * лет. 3. Нейтральный водород и молекулярный газ. Многие сведения о межзвездный газ дают исследование его радиоизлучения. Водород в светлых туманностях ионизируется и светится, только когда поблизости есть горячие звезды. Но основная масса водорода в Галактике нейтральна. Нейтральный водород в космосе не светится и невидимый. Однако он излучает радиоволну длиной 0,21 м. По интенсивности излучения на этой длине волны определяют массу и плотность водорода, а по тому, насколько отличается фактическая длина этой волны от 0,21 м, по эффекту Доплера находят скорость водородного облака. В наше время выяснено общую картину распределения водорода в Галактике (рис. 92). Он содержится преимущественно в тонком слое около галактической плоскости. Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, значительно больших чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп отдельные звезды. Температура облаков нейтрального водорода в среднем около 100 К, а температура ионизированных светящихся облаков (туманностей) около 10 000 К. В плотных газовых облаках атомы водорода объединяются в молекулы Н2-Общая масса межзвездного водорода составляет несколько процентов общей массы Галактики, а масса космического пыли еще в 100 раз меньше. Плотность нейтрального водорода в плоскости Галактики составляет в среднем около 10 ~ 21 кг/м3.

В межзвездном пространстве, кроме водорода, является гелий, а также атомы и некоторые простейшие молекулы других химических элементов в количестве, малой по сравнению с водородом и гелием. Многие молекул обнаружено радиометодамы (за излучением и поглощением радиоволн). Среди них — ОН, Н2О, СО, СО2, МН3 и некоторые сложные молекулы. 4. Магнитное поле, космические лучи и радиоизлучения. В Галактике существует общее магнитное поле. Его линии индукции основном параллельные галактической плоскости. Сгибаясь, они идут вдоль спиральных ветвей Галактики. Индукция магнитного поля Галактики около 10 ~ 10 Тл, но в облаках газа она выше. Во время вспышек сверхновых звезд, кроме быстрых атомных ядер (преимущественно протонов), из которых состоят космические лучи, выбрасывается много электронов со скоростями, близкими к скорости света. Магнитное поле Галактики тормозит быстрые электроны, и это влечет нетепловое (синхротронного) радиоизлучения в метровых и еще более длинных волнах. Оно приходит к нам со всех сторон, и сильнейшее радиоизлучение принимается с участка Млечного Пути. Это радиоизлучения рождается в межзвездном пространстве вблизи плоскости нашей Галактики, где плотность космических лучей и индукция межзвездного магнитного поля достигают наивысших значений.

Кроме Млечного Пути, в Галактике есть и другие источники радиоизлучения. Одно из них, которое называется Стрелец А, находится в центре нашей Галактики.