Огромные пространства, которые разделяют звёзды, не пусты, как раньше думали астрономы. На самом деле межзвездная среда составляет около десяти процентов от пространства средней галактики, остальная часть составляют звезды.
Эта среда состоит в основном из газа, в гораздо меньшей степени из пыли и частиц, находящихся в магнитном поле. Среда находится в постоянном взаимодействии со звездами, которые там рождаются, живут и умирают. Также внутри неё происходят химические взаимодействия, которые приводят к образованию очень сложных молекул.
Вымирание и покраснение
Присутствие вещества в межзвездных пространствах, о котором уже говорило существование черных областей на небе, было продемонстрировано Робертом Трамплером в 1930-х годах. Этот американский астроном интересовался расстоянием до некоторых звездных скоплений. Предполагая, что все кластеры имели одинаковую абсолютную яркость и размер, он использовал два метода для определения их расстояния. Один полагался на измерение их углового диаметра, другой - на определение их видимой светимости.
Роберт Трамплер понял, что оба метода дали одинаковые результаты для соседних кластеров, но сильно отличались для более отдаленных. В последнем случае кажущаяся яркость была значительно ниже, чем мог показать эффект расстояния. Свет, который исходил от этих далеких скоплений, был ослаблен, что могло быть объяснено только присутствием явно пустых областях среды, которая поглощала или рассеивала свет.
Теперь мы знаем, что это явление, называемое межзвездным исчезновением, связано с наличием пыли, рассеивающей свет. Часть излучения, которое исходит от скоплений и всех удаленных тел в целом, отклоняется от своей траектории и теряется для видимости телескопами. В результате их кажущаяся яркость ниже ожидаемой.Вторым явлением, связанным с наличием вещества между звездами, является межзвездное покраснение. Это связано с тем, что диффузия и экстинкция сильно зависят от длины волны и более выражены синим цветом, чем красным. Поэтому на общую форму спектра звезды влияет межзвездная пыль. Интенсивность синего цвета сильно уменьшается, в то время как интенсивность красного цвета мало изменяется. Для земного наблюдателя звезды кажутся краснее, чем они есть на самом деле.
Обратите внимание , что то же самое явление относится и к Солнцу . Атмосфера Земли рассеивает больше солнечного света в синем, чем в красном. Когда Солнце находится на горизонте, его свет проходит через очень толстый слой воздуха, что объясняет его красноватый вид. Рассеянный свет в основном синий, что придает нашему небу характерный цвет.
Межзвездная пыль
При определенных условиях межзвездную пыль можно наблюдать непосредственно. Это тот случай, когда облако пыли находится достаточно близко к звезде и рассеивает ее свет. Облако испускает характерное синеватое излучение и тогда можно говорить о туманности посредством отражения.
Хотя пыль ответственна за наиболее видимые эффекты межзвездной среды, она составляет только около одного процента ее массы. В основном это мелкие твердые зерна, размеры которых меньше миллионной доли метра. Эти зерна состоят в основном из углерода, кислорода, кремния, железа и обычно покрыты тонкой оболочкой из ледяной воды и аммиака.Пыль не образуется в межзвездной среде, потому что частицы в её составе слишком малы, чтобы столкновения молекул были многочисленными. Фактически они образуются в непосредственной близости от звезд, которые выбрасывают огромные количества вещества, либо в форме звёздного ветра , либо во время взрыва сверхновой .
На небольшом расстоянии от умирающей звезды температура достаточно низкая, чтобы выброшенный материал мог получить форму атомов. Плотность его также достаточно высока, чтобы эти атомы могли связываться и образовывать сложные молекулы, а затем крошечные частицы пыли. Затем они продолжают удаляться от звезды и в конечном итоге растворяются в межзвездной среде.
Межзвездный газ
Пыль оказывает более заметное влияние, чем газ. Но именно газ составляет 99 процентов массы межзвездной среды. В зависимости от температуры и плотности газ (в большей степени водород), может быть найден в трех формах: атомы, ионы или молекулы.
Атомный водород
Области средней температуры и плотности сформированы из атомарного водорода. В таком виде газ не испускает видимого излучения, что затрудняет его изучение. Только после появления радиоастрономии можно было наблюдать эти области и определять их свойства. Действительно, атом водорода имеет излучение в радиодомене на длине волны 21 сантиметр. Впервые это излучение было обнаружено в 1951 году. С тех пор оно позволило изучить многие свойства областей атомарного водорода, такие как их распределение, температура, плотность и движение.
Были выделены два различных типа областей атомарного водорода. Первые холодные облака около -200 градусов по Цельсию, называемые регионами HI. Каждое из этих облаков имеет около пятидесяти масс Солнца и плотность порядка нескольких атомов на кубический сантиметр. Второй тип - более теплая среда, несколько тысяч градусов, но менее плотная, с менее чем одним атомом на кубический сантиметр. Для сравнения, плотность воздуха, которым мы дышим, составляет один миллиард миллиардов молекул на кубический сантиметр.
Ионизированные регионы
Межзвездная среда также содержит области, где водород находится в форме ионов. Электрон и протон больше не связаны внутри атома, а разделены и свободны. Эти регионы имеют среднюю температуру 10000 градусов.Ионизированные области появляются только в очень специфических средах, например, вблизи массивных звезд, испускающих большое количество гамма-лучей. Другая возможная среда - это газ, выбрасываемый с очень высокой скоростью во время взрыва сверхновой . Когда этот газ встречается с межзвездной средой, появляются силы трения, которые нагревают газ и ионизируют его. Этот процесс приводит к блестящим нитям, которые образуют красивую оболочку вокруг остальной части звезды.
Еще более экстремальные условия были обнаружены космическими наблюдательными миссиями на коротких волнах. Они выделили фон ренгеновских лучей со всех сторон неба. Этот диффузный фон связан с присутствием вокруг нас очень горячего газа - более миллиона градусов, называемого корональным газом. Его происхождение, вероятно, связано со взрывами сверхновых, потому что во время такого события появляется пузырь плотного, но очень горячего газа, который распространяется вокруг звезды.
Вероятно, что многие такие пузырьки существуют в непосредственной близости от Солнца и что сумма их излучения находится в начале рассеянного фона в рентгеновских лучах. Область диаметром 300 световых лет, которая содержит Солнце и в которой плотность газа ниже, чем в среднем. Некоторые астрономы считают, что этот пузырь связан со взрывом соседней сверхновой, чей пульсар Геминга, очень интенсивный источник гамма-лучей, является остатком.
Молекулярный водород
Последняя форма, в которой может возникать межзвездная материя, - это молекулярное облако, в котором атомы объединились и образовали молекулы. Температура этих облаков составляет около десяти градусов абсолютного нуля, а их плотность составляет порядка тысячи молекул на кубический сантиметр.Эти облака, состоящие в основном из молекулярного водорода (H 2 ), трудно наблюдать. Действительно, водород в форме молекулы не испускает легко обнаруживаемую радиацию. Поэтому необходимо использовать другую составляющую этих облаков, окись углерода (СО), которая испускает излучение на длинах волн порядка миллиметра.
Изучение молекулярных облаков началось в середине 1970-х годов и показало, что подавляющее большинство молекулярного водорода находится в гигантских облаках размером от 50 до 300 световых лет. Эти гигантские молекулярные облака имеют массу от 100 000 до 1 000 солнечных масс, а в нашей галактике их около 5 000.Другие наблюдения показали присутствие в этих облаках почти ста различных молекул. Есть много органических молекул, особенно те, которые необходимы для жизни. Молекулярные облака также содержат пыль . Из-за их относительно высокой плотности эти облака непрозрачны и появляются на небе в виде темных областей, дыр в распределении звезд. Хорошо известным примером является туманность Конская Голова.
