Межзвёздный газ
- Источник статьи: Большая российская энциклопедия[1]
МЕЖЗВЁЗДНЫЙ ГАЗ – основной компонент межзвёздной среды, составляющий около 99% её массы. Межзвездный газ состоит из нейтральных атомов, молекул, атомарных и молекулярных ионов и свободных электронов. Распространённость химических элементов в межзвездном газе примерно такая же, как в атмосфере Солнца и других звёзд: около 70% по массе составляет водород, около 28% – гелий. На все более тяжёлые элементы приходится не более нескольких процентов массы. Межзвездный газ имеет очень низкую плотность [math]\displaystyle{ \rho }[/math] – средняя концентрация частиц [math]\displaystyle{ n }[/math] около 1 см–3 (1 частица в см–3, т. е. [math]\displaystyle{ \rho }[/math]∼10–24 г/см3) – и крайне неоднороден по температуре [math]\displaystyle{ T }[/math] и плотности. В спиральных и неправильных галактиках основная часть межзвездного газа сосредоточена в тонком слое (толщиной 150–800 пк) в галактических дисках.
Около половины массы М. г. находится в холодных ([math]\displaystyle{ T }[/math] = 10–30 К) плотных ([math]\displaystyle{ n }[/math]=103–105 см–3) гигантских молекулярных облаках (их размеры составляют десятки парсек). Внутри них молекулы защищены от разрушающего ультрафиолетового излучения звёзд оптически толстым слоем межзвёздной пыли, присутствующей в этих облаках. По радиолиниям молекул и по линиям поглощения в молекулярных облаках найдено более 140 различных молекул, от двухатомных (H2, CO, OH, CH, CN, C2 и др.) до 13-атомных, в том числе простейшие органические соединения. Преобладают молекулы водорода H2. Следующая по распространённости – молекула CO; её концентрация в 10–30 тыс. раз меньше, чем концентрация H2. В отличие от H2, молекулы CO имеют в спектре удобные для наблюдений радиолинии 2,6 мм и 1,3 мм, которые часто используются как индикатор молекул в межзвездном газе. Молекулярные облака являются источниками гамма-излучения, возникающего при взаимодействии космических лучей с межзвёздным газом.
В молекулярных облаках рождаются звёзды. Родившиеся массивные яркие горячие звёзды разбрасывают световым давлением остатки межзвёздных газа и пыли, из которых они образовались. В разлетающихся сгустках часто происходит мазерное усиление излучения – возникают так называемые космические мазеры. Затем ультрафиолетовое излучение родившихся звёзд разрушает молекулы, ионизует атомы водорода и других химических элементов, создавая диффузные зоны ионизованного водорода.
Менее плотными ([math]\displaystyle{ n }[/math]∼10 см–3) и более тёплыми ([math]\displaystyle{ T }[/math]= 40–120 К), чем молекулярные облака, являются облака атомарного водорода HI, изучаемые главным образом в радиолинии 21 см и по оптическим и ультрафиолетовым межзвёздным линиям поглощения. Облака HI погружены в тёплые области атомарного водорода ([math]\displaystyle{ T }[/math]∼104 К, [math]\displaystyle{ n }[/math]∼0,1 см–3). В такой среде находится Солнечная система. Около половины объёма слоя межзвездного газа в диске Галактики занимает так называемый корональный газ ([math]\displaystyle{ T }[/math]∼106 К, [math]\displaystyle{ n }[/math]∼0,01 см–3). Он наблюдается преимущественно по ультрафиолетовым межзвёздным линиям поглощения высокозарядных ионов NV(N4+) и OVI(O5+).
В конце эволюции звёзды выбрасывают часть вещества в межзвёздное пространство, либо взрываясь как сверхновые звёзды [создавая ещё более горячие ([math]\displaystyle{ T }[/math]∼107 К), быстро расширяющиеся сфероидальные туманности – остатки вспышек сверхновых], либо формируя планетарные туманности и туманности, образованные звёздным ветром. Сброшенные звёздами оболочки обогащают межзвездный газ химическими элементами, синтезированными в результате ядерных реакций внутри звёзд.
Под действием взрывов сверхновых звёзд и звёздного ветра массивных горячих звёзд часть межзвездного газа поднимается в галактическое гало и либо уходит в межгалактическое пространство, пополняя межгалактическую среду, либо падает назад, образуя явление «галактических фонтанов», наблюдаемое, например, в нашей Галактике. Основная часть объёма гало Галактики занята горячим ([math]\displaystyle{ T }[/math]>105 К), очень разреженным ([math]\displaystyle{ n }[/math]=10–3–10–4 см–3), сильно ионизованным межзвездным газом, в котором наблюдаются облака атомарного водорода, движущиеся преимущественно к галактической плоскости.