Холодное межзвездное облако необходимо для образования чего
Межзвездная среда
Пространство между звездами не является пустым, оно заполнено веществом, поглощающим свет, которое имеет клочковатую структуру и концентрируется к Млечному Пути. Сильнее всего поглощаются синие лучи.
Основным компонентом межзвездной среды является газ, состоящий из атомов и молекул. Он перемешан с пылью и пронизывается космическими лучами и электромагнитным излучением, которые также можно считать составляющими межзвездной среды. Кроме того, межзвездная среда оказалась слегка намагниченной. Ее магнитное поле примерно в 100 тыс. раз слабее магнитного поля Земли и вытянуто вдоль спиральных рукавов. По массе межзвездного газа почти в сто раз больше, чем пыли. Его химический состав близок к составу Солнца. Около 70% массы приходится на водород, около 28% — на гелий, а остальные 2% — на более тяжелые элементы.
В области горячей и теплой межзвездной среды погружены более холодные межзвездные облака, состоящие в основном из атомарного водорода. Они занимают лишь около 1% объема Галактики, но при этом на их долю приходится гигантская масса межзвездного газа — несколько миллиардов солнечных масс. Сравнимое количество газа находится и в холодных гигантских облаках молекулярного газа. В одном молекулярном облаке может содержаться масса вещества, достигающая сотен тысяч и даже миллионов масс Солнца.
Межзвездный газ очень неоднороден по плотности и температуре. Почти половину объема галактического диска занимает корональный газ, названный так по аналогии с разогретым газом солнечной короны. Он отличается очень низкой плотностью (примерно 1 атом на 1 дм 3 пространства) и высокой температурой (около миллиона градусов). Главный компонент коронального газа — ионизованный водород. Значительную долю объема диска занимают несколько более холодные области — так называемая теплая межзвездная среда с плотностью примерно 1 частица на 1 см 3 и температурой около 8000 К. В этой среде водород ионизован уже лишь частично.
Вокруг горячих звезд образуются светящиеся области ионизованного газа, которые «перерабатывают» невидимое ультрафиолетовое излучение звезды в видимое излучение, спектр которого содержит линии различных химических элементов. Такие газовые туманности могут иметь различные оттенки — зеленоватые, розоватые и другие — в зависимости от температуры, плотности и химического состава газа. Их структура крайне разнообразна. Одни имеют форму кольца, в центре которого иногда видна тусклая звездочка, — это планетарные туманности. Другие имеют неправильную форму. Некоторые из них при наблюдении через светофильтр, пропускающий свет той или иной спектральной линии, распадаются на отдельные волокна. Такова Крабовидная туманность — известный пример остатка взорвавшейся звезды (сверхновой).
Плотность пыли в космосе ничтожно мала даже по сравнению с разреженным межзвездным газом. В окрестностях Солнца в 1 см 3 пространства содержится в среднем один атом газа и на каждые сто миллиардов атомов приходится всего одна пылинка. Масса пыли в Галактике составляет приблизительно одну сотую от массы газа и одну десятитысячную от полной массы всех звезд Галактики. Однако этого количества пыли достаточно, чтобы значительно ослаблять свет. В некоторых плотных областях доля поглощенного света превышает 90%, а в молекулярных облаках, где образуются молодые звезды, достигает практически 100%.
Пыль не только поглощает свет, но и сама излучает в инфракрасном диапазоне, поскольку, поглощая свет звезд, пылинки нагреваются до нескольких десятков градусов выше абсолютного нуля. Свойства пыли во Вселенной мало чем отличаются от свойств пылинок Млечного Пути. В спиральных галактиках пыль, как и у нас, концентрируется вблизи плоскости симметрии этих звездных систем, перечеркивая яркие изображения галактик узкими темными полосами.
Межзвездные пылинки
Графитовые и силикатные частицы межзвездной пыли образуются, по-видимому, во внешних слоях атмосфер старых звезд. «Новорожденные» пылинки однородны по химическому составу и строению. Низкая температура и высокая плотность обеспечивают необходимые условия для образования на поверхности графитовой или силикатной пылинки мантии из более легкоплавких веществ, например воды, аммиака, формальдегида. Смесь этих соединений часто обозначают одним словом «лед». В очень плотных молекулярных облаках, куда (из-за той же пыли) не проникает излучение звезд, пылинки могут иметь трехслойную структуру: тугоплавкое ядро, оболочка из органических соединений и ледяная мантия.
Предполагается, что из таких пылинок, слипшихся в большие комья, состоят ядра комет — реликты, сохранившиеся от тех времен, когда наша Солнечная система сама еще была плотным непрозрачным облаком. Только на поверхности пылинок протекает ключевая реакция, в конечном счете определяющая весь молекулярный состав межзвездных облаков, — образование молекул водорода из отдельных атомов. Таким образом, пылинки играют роль катализатора всей межзвездной химии. Без участия межзвездной пыли процесс формирования молекулярных облаков и звезд шел бы иначе.
Холодное межзвездное облако необходимо для образования чего
Теория говорит, что нижний предел массы протозвёздного фрагмента зависит от химического состава вещества, определяющего его охлаждение и непрозрачность. В частности, при уменьшении общего содержания тяжелых элементов минимальная масса образующихся звёзд увеличивается. Действительно, при сжатии протозвезды она разогревается, поскольку потенциальная энергия переходит в тепловую. Тяжелые элементы увеличивают непрозрачность вещества и препятствуют охлаждению облака лучеиспусканием, поэтому разогревшееся ядро начинает препятствовать падению на него внешнего, ставшего уже непрозрачным вещества облака. В случае дефицита тяжелых элементов в протозвёзде меньше коэффициент непрозрачности, и поэтому она успевает собрать больше массы до того, как ее кокон станет непрозрачным. Именно этим процессом объясняют то, что до сих пор не найдено ни одной звезды с полным отсутствием тяжелых элементов. В самом деле, поскольку у звёзд первого поколения a priori должны отсутствовать элементы тяжелее бора, значит все они массивные и уже давно закончили свою жизнь вспышками сверхновых, которые и обогатили первичное вещество протогалактического облака тяжелыми элементами, из которого образовались звёзды с привычной для нас начальной функцией масс.
С другой стороны, даже если бы по каким-то причинам из первичного газа и смогли бы образоваться протозвёздные облака меньших масс, для горения водорода в их недрах потребовалась бы большая масса. Действительно, если неравенство (13-2) превратить в равенство (каковое справедливо для стационарной системы), то видно, что для достижения температуры (≈ 10 7 К), при которой в недрах звезды начинаются термоядерные реакции, происходит увеличение массы протозвезды при уменьшении среднего молекулярного веса ее вещества. Значит, минимально возможная масса чисто водородно-гелиевых звёзд должна быть больше, чем у звёзд с веществом, уже обогащенным выбросами первых сверхновых.
Облако межзвездного газа
Облако межзвездного газа содержит пыль, газ и плазму, и долгое время считалось, что слишком низкие температуры не позволяют формироваться элементам сложнее водорода. Но со временем стало возможно исследовать детальный химический состав таких формирований и выяснилось, что там присутствуют аммиак, кальций, вода и проч.
Наша Солнечная система тесно связана с этим космическим явлением – она на данный момент движется через местное межзвездное облако, и это путешествие займет еще около 20 000 лет.
Холодные межзвездные облака
Облако межзвездного газа и пыли – это действительно очень холодное место. Температура в нем достигает 5–10 K (от –263 до –268 °C). Но даже при таких условиях в облаках протекают химические реакции и даже более того: в них обнаружились органические соединения, которые, как полагалось, могут образоваться только при более высоких температурах.
В связи с этим астрофизики пересмотрели свое отношение к холодным межзвездным облакам – стало очевидно, что они намного «активней» и требуют дальнейшего изучения.
Новообразованные звезды внутри облака NGC 604.
Изображение с сайта ru.wikipedia.org
4glaza.ru
Сентябрь 2021
Статья одобрена экспертом: Марина Атланова
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:
Обзоры оптической техники и аксессуаров:
Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:
Все об основах астрономии и «космических» объектах:
Уникальные газопылевые облака в Космосе
Многократно подтвержденный факт – природа не любит пустоты. Межзвездное космическое пространство, представляющееся нам вакуумом, на самом деле заполнено газом и микроскопическими, размером в 0,01-0,2 мкм, частицами пыли. Соединение этих невидимых элементов рождает объекты огромной величины, своего рода облака Вселенной, способные поглощать некоторые виды спектрального излучения звезд, иногда полностью скрывая их от земных исследователей.
Caмo cлoвo тумaннocть пpoиcxoдит c лaтинcкoгo «nebula», чтo oзнaчaeт «oблaкo». Пo cути, этo пылeвoe и гaзoвoe oблaкo, oбecпeчивaющee идeaльныe уcлoвия для звeзднoгo poждeния или cмepти. Эти нeбecныe дикoвинки ocвeщaютcя внутpeнними или coceдними звeздaми.
Расположение и свойства
Основная часть пыли, которая приходится на нашу Галактику, сосредоточена в области Млечного Пути. Она выделяется на фоне звезд в виде черных полос и пятен. Несмотря на то, что вес пыли ничтожен в сравнении с весом газа и составляет всего 1%, она способна скрывать от нас небесные тела. Хотя частички друг от друга и отделяют десятки метров, но даже в таком количестве наиболее плотные области поглощают до 95% света, излучаемого звездами.
Размеры газопылевых облаков в нашей системе действительно огромны, они измеряются сотнями световых лет.
Туманности с содержанием пыли бывают:
Именно уникальные газово-пылевые облака глобулы особенно интересны для наблюдения. Остановимся на них подробнее.
Глобулы — «холодные» газово-пылевые облака
Глобулы – газово-пылевые облака с рекордно низкой для космоса температурой. Они образуются в тех областях Вселенной, где зарождаются звезды. Они представляют собой темные образования из пыли и газа, которые можно наблюдать на фоне космических туманностей или отдаленных звезд. На сегодняшний день глобулы являются малоизученным астрономическим объектом.
Глобулы обладают чрезмерно высокой плотностью. Так, результаты исследования показали, что температура глобулы редко превышает 30 Кельвинов, а температура большинства глобул редко достигает и восьми.
Из чего состоят глобулы
При помощи современного оборудования ученым удалось проанализировать химический состав глобул. Эти астрономические объекты представляют собой не что иное, как облака пыли и газа, объединенные гравитационными силами.
Химический состав глобул типичен для межзвёздного вещества: в основном это молекулярный водород, гелий, оксиды углерода и небольшая доля кремния.
Исследование глобул
Практически все темные туманности можно отнести к глобулам. Об этом говорит знаменитый каталог Эдварда Эмерсона Барнарда, который в 20 веке включил туда 349 темных туманностей.
Наиболее известными их примерами являются: туманности Конская голова, Угольный мешок и Змея, фрагменты туманности Орла и молекулярное облако Барнард 68.
Большинство глобул было открыто и исследовано астрономами при помощи современных телескопов, в частности орбитального телескопа Хаббл.
Интересные факты о глобулах
Каждое газово-пылевое облако по-своему уникально, и привлекает исследователей Космоса. Рассмотрим наиболее отличительные из них.
Туманность Ориона (Meccьe 42)
Meccьe 42 (NGC 1976, Tумaннocть Opиoнa) – cвeтящaяcя эмиccиoннaя тумaннocть, удaлeннaя нa 1З44 cвeтoвыx лeт. Зaнимaeт мecтo в coзвeздии Opиoн, a пo видимoй вeличинe дocтигaeт 4. Этo oднa из яpчaйшиx тумaннocтeй, пoэтoму мoжнo нaблюдaть бeз иcпoльзoвaния тexники.
Tумaннocть Opиoнa нaxoдитcя нижe Пoяca Opиoнa. Oтoбpaжaeтcя в видe paзмытoй звeзды в Meчe Opиoнa (южнee пoяca). Ee виднo в бинoкль или нeбoльшoй тeлecкoп. B нeбe будeт кaзaтьcя в 4 paзa кpупнee видимoй Луны. B нeбoльшoй инcтpумeнт удaeтcя paзpeшить 4 яpчaйшиx звeзды oткpытoгo cкoплeния Tpaпeции Opиoнa. Oни мaccивныe, яpкиe и были poждeны в M 42. Cвoим cвeчeниeм ocвeщaют тумaннocть.
Tумaннocть Opиoнa cocтoит из нecкoлькиx чacтeй, кaждaя из кoтopыx пoлучилa пepcoнaльнoe нaзвaниe. Яpкиe учacтки пo бoкaм – Kpылья, a тeмнaя линия c ceвepa к cвeтлoй oблacти – Poт pыбы. Ha югe зaмeтнo pacшиpeниe кpылa – Meч, a бoлee cлaбoe нa зaпaдe – Пapуc. Пoд cкoплeниeм Tpaпeции тaкжe зaмeтнa яpкaя тeppитopии – Зacoв.
Плoщaдь тумaннocти Opиoнa – 65 x 69 углoвыx минут (диaмeтp – 24 cвeтoвыx лeт). Пo мacce пpeвocxoдит coлнeчную в 2000 paз. Ha eгo тeppитopии нaxoдятcя звeздныe accoциaции, oтpaжaющиe тумaннocти и нeйтpaльныe oблaкa пыли, гaзa и иoнизиpoвaннoгo гaзa. Bxoдит в гpуппу мoлeкуляpныx oблaкoв Opиoнa, гдe тaкжe oтмeчeны тумaннocть Koнcкoй гoлoвы, Плaмя, Пeтля Бapнapдa, Meccьe 4З и Meccьe 78. Этoт кoмплeкc тянeтcя нa 10 гpaдуcoв (пoлoвинa coзвeздия).
Глобулы Кормы и Парусов
Газопылевые глобулы — облака-красавцы, с яркими, подсвеченными краями, с нежными переливами тонов, теней и света, части туманности Ориона.
Эти столбы находятся на расстоянии в 1300 св лет от нас в направлении на созвездия южного неба Паруса и Корма. Энергичные молодые звезды где-то справа-вверху стреляют в эти столбы УФ-излучением, все, что не может ему сопротивляться — уносится прочь, оставляя более плотные комки, за которыми прячутся легкий газ и маленькие частички пыли, образуя хвосты… В формировании таких фигур поучаствовала также и знаменитая сверхновая Вела.
В столбе справа явно что-то происходит. Об это можно судить по объектам Хербига-Аро — струям материала. Это- демаскирующий признак рождающейся внутри глобулы звезды.
Столпы творения в Туманности Орла
Семь тысяч световых лет разделяют нашу Землю и Туманность Орла – где находятся “Столпы творения” («слоновьи хоботы»). Форма и состав Столпов меняются под воздействием зарождающихся молодых звезд. Столпы Творения состоят в основном из холодного молекулярного водорода и пыли.
Уникальность данного объекта в том, что первые четыре массивные звезды), появившиеся в центре туманности примерно два миллиона лет назад, развеяли её центральную часть и участок со стороны Земли. Поэтому частично туманность Орла видна изнутри. Мощное излучение этих четырёх звезд ионизирует газы туманности, заставляя их светиться не только отражённым светом, но и собственным.
Давление света и солнечный ветер «выдувают» материал газопылевого облака прочь и Столпы понемногу испаряются. Более плотные участки туманности, такие как глобулы, экранируют от «выдувания» области позади себя, таким образом в тени этих глобул и сформировались Столпы Творения.
Столпы Творения – не единственная пылевая область в Космосе. Однако для наблюдения с земли – Столпы – расположены наиболее удачно.
По данным инфракрасного телескопа Spitzer, «Столпы Творения» были уничтожены взрывом сверхновой примерно 6 тысяч лет назад. Но так как туманность расположена на расстоянии 7 тысяч световых лет от Земли, наблюдать Столпы можно будет ещё около тысячи лет.
Туманность Конская Голова
Впервые туманность была обнаружена в 1888 году на фотографиях Гарвардской обсерватории.
Конская Голова — одна из наиболее известных туманностей. Она видна как тёмное пятно в форме конской головы на фоне красного свечения. Это свечение объясняется ионизацией водородных облаков, находящихся за туманностью, под действием излучения от ближайшей яркой звезды ( ζ Ориона ).
Тёмный фон туманности возникает в основном за счёт поглощения света плотным слоем пыли, хотя есть участки, на которые падает тень от основания «шеи» Конской Головы. Истекающий из туманности газ движется в сильном магнитном поле. Яркие пятна в основании туманности Конская Голова — это молодые звёзды, находящиеся в процессе формирования.
Туманность Змея или Barnard 72
Это тёмная туманность в созвездии Змееносца, открытая Эдвардом Барнардом в начале 20-го века. Представляет собой небольшой сгусток межзвёздной пыли, расположенной к северо-северо-востоку от туманности Курительной Трубки.
Находится на расстоянии примерно в 500 световых годах от Солнца. Она имеет радиус 0,25 световых лет и массу, вдвое превышающую массу Солнца. Облако состоит из высокой концентрации молекулярного газа и пыли и она поглощает видимый свет звезд на заднем плане.
Является частью туманности Тёмного Коня.
Кометарная глобула CG4 — голова космического монстра
Кометарная глобула CG4 похожа на зияющий рот какого-то гигантского космического существа. Не смотря на то, что судя по изображению она кажется большой и яркой, фактически она является слабой туманностью, которую трудно разглядеть даже в любительский телескоп. Даже точная природа CG4 до сих пор остается загадкой.
В 1976 году на снимках британского Телескопа Шмидта, находящегося в Австралии, были обнаружены удлинённые, похожие на комету объекты. Из-за их такой внешности подобные объекты стали называть кометарными глобулами даже при том, что они не имеют ничего общего с кометами.
Объект CG4 расположен приблизительно на расстоянии 1300 световых лет от Земли в созвездии Кормы. “Голова” названа не просто так, она напоминает голову гигантского животного и имеет диаметр в 1.5 световых года. Хвост глобулы, который простирается вниз и не видим на изображении, в длину имеет примерно 8 световых лет. По астрономическим стандартам CG4 является сравнительно маленьким облаком.
Вообще, относительно небольшой размер – общая особенность всех кометарных глобул. В такие глобулы, обнаруженные до сих пор, являются изолированными, относительно маленькими облаками нейтрального газа и пыли в пределах Млечного пути, которые окружены горячим ионизированным веществом.
Туманность Лагуна
Туманность Лагуна ( Мессье 8 ) — гигантское межзвёздное облако в созвездии Стрельца.
Находясь на расстоянии 5200 световых лет, туманность Лагуна одна из двух звёздоформирующих туманностей слабо различимых невооружённым глазом в средних широтах Северного полушария. При рассмотрении в бинокль, Лагуна представляется чётко очерченным овальным облакоподобным пятном с явным ядром, похожим на бледный звёздный цветок.
Туманность содержит небольшое звёздное скопление, наложенное на неё, что превращает Лагуну в одну из достопримечательностей летнего ночного неба.
Туманность Лагуна занимает на небосводе область размером 90′ на 40′, что при расчётном расстоянии до неё в 5200 световых лет, приводит к реальным размерам в 140 на 60 световых лет. Туманность содержит ряд глобул.
Молодая туманность LLS 1723
Астрофизики обнаружили газопылевое облако, которое образовалось вскоре после большого взрыва. Спектральные наблюдения подтверждают, что оно никогда не взаимодействовало со звездами.
Это темное облако обнаружили австралийские астрономы. На международной обсерватории на горе Мауна-Кеа при помощи двух телескопов Кека, которые работают как интерферометр, они получили спектры с большим разрешением.
Туманность LLS 1723 просвечивается расположенным за ней более далеким квазаром. Линии поглощения тяжелых элементов в туманности оказались предельно слабыми.Наиболее вероятным объяснением существования такого обедненного тяжелыми элементами облака может быть то, что оно до сих пор не взаимодействовало со звездами. Это подтверждают и результаты моделирования.
Исследуемой туманности всего 1.5 миллиарда лет, а нашей Вселенной – 13.8 миллиардов наших земных лет. Поэтому туманность видна нам такой молодой, пока она еще не успела получить от звезд достаточно тяжелых элементов.
Трифид или Тройная туманность
Трифид или Тройная туманность (M 20) — трёхдольная диффузная туманность в созвездии Стрельца. Название туманности предложено Уильямом Гершелем и означает «разделённая на три лепестка».
Точное расстояние до неё неизвестно, по различным оценкам может составлять от 2 до 9 тыс. световых лет. Ширина 50 световых лет. Представлена сразу тремя основными типами туманностей — эмиссионной (розоватый цвет), отражающей (голубой цвет) и поглощающей (чёрный цвет). Тёмные волокна пыли, окаймляющие Тройную туманность, сформировались в атмосферах холодных звёзд-гигантов.
Это одна из самых интересных туманностей летнего южного неба для любительских наблюдений в телескоп.
Сначала обращает на себя внимание пара звезд прямо в центре яркой части туманности. Затем становится видно, что туманность как бы разорвана темным провалом яркости на двое. Потом становится видна тёмная перекладинка над главным разрывом, тёмная линия приобретает Т-образную форму и понятно, откуда у туманности её название.
Стрелец B2 — космическая малина и космический ром
Несколько последних лет ученые изучали облако пыли в центре нашего Млечного Пути. Если где-то есть Бог, то у него хорошее воображение: это пылевое облако под названием Стрелец B2 пахнет ромом, а на вкус как малина.
Это облако газа состоит по большей части из этилформиата, который дает малине ее вкус, а рому его отличительный запах. Гигантское облако содержит миллиарды, миллиарды и еще раз миллиарды этого вещества — и это было бы чудесно, если бы оно не было пропитано частичками пропилцианида.
Создание и распространение этих сложных молекул остается загадкой для ученых, поэтому межгалактический ресторан пока останется закрытым.
Зловещая туманность по имени «Голова ведьмы»
Настоящее имя туманности – IC 2118. Она находится в южном созвездии Эридана на расстоянии 1 000 световых лет от Солнца. Больше всего удивляет именно её очертания.
Весьма своеобразной формы связана с яркой звездой Ригель в созвездии Ориона. Она светит в основном за счет излучения звезды, расположенной за верхним правым краем изображения. Свет звезды отражается от туманности, состоящей из мелкой пыли.
Оттенки синего цвета объясняются не только тем, что Ригель излучает в основном в синей области спектра, но также и тем, что пылинки рассеивают голубой свет эффективнее, чем красный.