Міжзоряне середовище, енциклопедія Навколосвіт

МІЖЗОРЯНЕ СЕРЕДОВИЩЕ

МІЖЗОРЯНЕ СЕРЕДОВИЩЕ - це речовина, що спостерігається в просторі між зірками.

Лише порівняно недавно вдалося довести, що зірки існують не в абсолютній порожнечі і що космічний простір не цілком прозоро. Проте такі припущення висловлювалися давно. Ще в середині 19 ст. український астроном В.Струве намагався (правда, без особливого успіху) науковими методами знайти незаперечні свідчення того, що простір не пусте, і в ньому відбувається поглинання світла далеких зірок.

З розвитком радіоастрономії в другій половині 20 ст. з'явилася можливість досліджувати міжзоряне середовище по її радіовипромінюванню. В результаті цілеспрямованих пошуків було виявлено випромінювання атомів нейтрального водню в міжзоряному просторі на частоті 1420 МГц (що відповідає довжині хвилі 21 см). Випромінювання на цій частоті (або, як кажуть, в радіолінії) передбачив голландський астроном Хендрік ван де Хюлст в 1944 на підставі квантової механіки, а виявлено воно було в 1951 р після розрахунку її очікуваної інтенсивності радянським астрофізиком І. С. Шкловського. Шкловський ж вказав і на можливість спостереження випромінювання різних молекул в радіодіапазоні, яке, дійсно, було пізніше виявлено. Маса міжзоряного газу, що складається з нейтральних атомів і дуже холодного молекулярного газу, виявилося приблизно в сто разів більшою, ніж маса розрідженій пилу. Але газ абсолютно прозорий для видимого світла, тому його не можна було виявити тими ж методами, якими була відкрита пил.

З появою рентгенівських телескопів, що встановлюються на космічних обсерваторіях, був виявлений ще один, найбільш гарячий компонент міжзоряного середовища - дуже розріджений газ з температурою в мільйони і десятки мільйонів градусів. Ні по оптичним спостереженнями, ні за спостереженнями в радіолініях цей газ «побачити» неможливо - середовище занадто розріджена і повністю ионизована, але, тим не менш, він заповнює істотну частку обсягу всієї нашої Галактики.

Швидкий розвиток астрофізики, що вивчає взаємодію речовини і випромінювання в космічному просторі, як і поява нових можливостей спостережень, дозволило детально досліджувати фізичні процеси в міжзоряному середовищі. Виникли цілі наукові напрямки - космічна газодинаміка і космічна електродинаміка, які вивчають властивості розріджених космічних середовищ. Астрономи навчилися визначати відстані до газових хмар, вимірювати температуру, щільність і тиск газу, його хімічний склад, оцінювати швидкості руху речовини. У другій половині 20 ст. виявилася складна картина просторового розподілу міжзоряного середовища і її взаємодії з зірками. Виявилося, що від щільності і кількості міжзоряного газу і пилу залежить можливість зародження зірок, а зірки (перш за все, найбільш масивні з них), в свою чергу, змінюють властивості навколишнього міжзоряного середовища - нагрівають її, підтримують невпинний рух газу, поповнюють середу своїм речовиною , змінюють її хімічний склад. Вивчення такої складної системи як «зірки - міжзоряне середовище» виявилося дуже складною астрофізичної завданням, особливо якщо врахувати, що загальна маса міжзоряного середовища в Галактиці і її хімічний склад повільно змінюються під дією різних факторів. Тому можна сказати, що в міжзоряному середовищі відображена вся історія нашої зоряної системи тривалістю в мільярди років.

Емісійні газові туманності.

Велика частина міжзоряного середовища недоступна спостереженням в жодні оптичні телескопи. Найбільш яскраве виключення з цього правила - газові емісійні туманності, що спостерігалися ще з самими примітивними оптичними засобами. Найвідоміша з них - Велика туманність Оріона, яку видно навіть неозброєним оком (за умови дуже гарного зору) і особливо красива при спостереженні в сильний бінокль або невеликий телескоп.

Відомі багато сотень газових туманностей на різних відстанях від нас, причому майже всі вони зосереджені поблизу смуги Чумацького Шляху - там, де найчастіше зустрічаються молоді гарячі зірки.

В емісійних туманностей щільність газу значно вище, ніж в оточуючому просторі, але і в них концентрація частинок становить лише десятки або сотні атомів в кубічному сантиметрі. Таке середовище за «земним» мірками не відмінна від повного вакууму (для порівняння: концентрація частинок повітря при нормальному атмосферному тиску становить в середньому 3 × 10 19 молекул в см 3. і навіть найбільш потужні вакуумні насоси не створять такої низької щільності, яка існує в газових туманностях). Туманність Оріона має порівняно невеликий лінійний розмір (20-30 світлових років). Оскільки діаметри деяких туманностей перевищують 100 св. років, повна маса газу в них може досягати десятків тисяч мас Сонця.

Емісійні туманності світяться тому, що всередині них або поруч з ними знаходяться зірки рідкісного типу - гарячі блакитні зірки-надгіганти. Правильніше ці зірки було б назвати ультрафіолетовими, оскільки їх основне випромінювання відбувається в жорсткому ультрафіолетовому діапазоні спектра. Випромінювання з довжиною хвилі коротше 91,2 нм дуже ефективно поглинається міжзоряними атомами водню і ионизует їх, тобто розриває в них зв'язку між електронами і ядрами атомів - протонами. Цей процес (іонізація) збалансований протилежним процесом (рекомбінація), в результаті якого під дією взаємного тяжіння електрони знову об'єднуються з протонами в нейтральні атоми. Такий процес супроводжується випромінюванням електромагнітних квантів. Але зазвичай електрон, з'єднуючись з протоном в нейтральний атом, не відразу потрапляє на нижній енергетичний рівень атома, а затримується на декількох проміжних, і кожен раз при переході між рівнями атом випромінює фотон, енергія якого менше, ніж у того фотона, який іонізованих атомів. В результаті, один ультрафіолетовий фотон, іонізованих атомів, «дробиться» на кілька оптичних. Так газ перетворює не бачимо оком ультрафіолетове випромінювання зірки в оптичне випромінювання, завдяки якому ми бачимо туманність.