Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Міжзоряне середовище



План:


Введення

Карта місцевого міжзоряного хмари

Міжзоряне середовище (МЗС) - це речовина і поля, що заповнюють міжзоряний простір всередині галактик [1]. Склад: міжзоряний газ, пил (1% від маси газу), міжзоряні магнітні поля, космічні промені, а також невидима темна матерія. Хімічний склад міжзоряного середовища - продукт первинного нуклеосинтезу і ядерного синтезу в зірках. Протягом свого життя зірки випускають зоряний вітер, який повертає в середу елементи з атмосфери зірки. А в кінці життя зірки з неї скидається оболонка, збагачуючи міжзоряне середовище продуктами ядерного синтезу.

Просторовий розподіл міжзоряного середовища нетривіально. Крім общегалактіческіх структур, таких як перемичка (бар) і спіральні рукави галактик, є й окремі холодні і теплі хмари, оточені більш гарячим газом. Основна особливість МЗС - її вкрай низька щільність - 0,1 .. 1000 атомів в кубічному сантиметрі.


1. Історія відкриття

Природа міжзоряного середовища привертала увагу астрономів і вчених протягом століть. Сам термін "Міжзоряний середовище" вперше був використаний Ф. Беконом в 1626 р. [2]. "О, Небеса між зірками, вони мають так багато спільного із зірками, обертаючись (навколо Землі) також як будь-яка інша зірка". Пізніше натурфілософ Роберт Бойль в 1674 заперечував: "Міжзоряний область небес, як вважають деякі сучасні епікурейці, повинна бути порожньою ".

Після створення сучасної електромагнітної теорії деякі фізики постулювали, що невидимий світлоносний ефір є середовищем для передачі світлових хвиль. Вони також вважали, що ефір заповнює міжзоряний простір. Р. Паттерсон в 1862 році писав [3] : "Це закінчення є основою вібрацій або коливання в ефірі, який заповнює міжзоряний простір".

Застосування глибоких фотографічних оглядів нічного неба дозволило Е. Барнарду отримати перше зображення темної туманності, яке силуетом виділялося на тлі зірок галактики. Однак, перше відкриття холодної дифузної матерії було зроблено Д. Гартманом в 1904 після виявлення нерухомого спектра поглинання в спектрі випромінювання подвійних зірок, що спостерігалися з метою перевірки ефекту Доплера.

У своєму історичному дослідженні спектра Дельти Оріона Гартман вивчав рух по орбіті компаньйонів системи Дельти Оріона і світло, що приходить від зірки і зрозумів, що деяка частина світла поглинається на шляху до Землі. Гартман писав, що "лінія поглинання кальцію дуже слабка ", а також, що" деяким сюрпризом виявилося те, що лінії кальцію на довжині хвилі 393.4 нанометрів не рухаються в періодичному розбіжності ліній спектра, яке присутнє в спектроскопічно-подвійних зірок ". Стаціонарна природа цих ліній дозволила Гартману припустити, що газ, відповідальний за поглинання не присутній в атмосфері Дельти Оріона, але, навпаки, знаходиться поза зірки і розташований між зіркою і спостерігачем. Це дослідження і стало початком вивчення міжзоряного середовища.

Після досліджень Гартмана, Егер в 1919 році під час вивчення ліній поглинання на хвилях 589.0 та 589.6 нанометрів в системах Дельти Оріона і Бети Скорпіона був виявлений в міжзоряному середовищі натрій [4].

Подальші дослідження ліній "H" і "K" кальцію Білз [5] (1936) дозволили виявити подвійні і несиметричні профілі спектра Епсілон і Дзета Оріона. Це були перші комплексні дослідження міжзоряного середовища в сузір'ї Оріона. Асиметричність профілів ліній поглинання була результатом накладення численних ліній поглинання, кожна з яких відповідала атомним переходам (наприклад, лінія "K" кальцію) і відбувалася в міжзоряних хмарах, кожне з яких мало свою власну променеву швидкість. Так як кожне хмара рухається з різною швидкістю в міжзоряному просторі, як у напрямку до Землі, так і віддаляючись від неї, то в результаті ефекту Доплера, лінії поглинання зсувалися, або в фіолетову, або в червону сторону відповідно. Це дослідження підтвердило, що матерія не розподілена рівномірно по міжзоряному простору.

Інтенсивні дослідження міжзоряної матерії дозволили У. Пікерінг у 1912 році заявити [6], що "міжзоряне поглинаюча середовище, яке як показав Каптейн, поглинає лише на деяких хвилях, може свідчити про наявність газу і газоподібних молекул, які віддираю Сонцем і зірками ".

У той же рік Віктор Гесс відкрив космічні промені, енергійні заряджені частинки, які бомбардують Землю з космосу. Це дозволило заявити деяким дослідникам, що вони також наповнюють собою міжзоряне середовище. Норвезька фізик Крістіан Біркланд в 1913 році писав: "Послідовний розвиток нашої точки зору змушує припускати, що весь простір заповнений електронами та вільними іонами всякого роду. Ми також схильні вважати, що всі зоряні системи походять від заряджених частинок в космосі. І зовсім не здається неймовірним думати, що велика частина маси Всесвіту, може бути знайдена не в зоряних системах або туманностях, але в "порожньому" просторі " [7]

Торндайк в 1930 році писав: "Було б жахливо усвідомлювати, що існує нездоланна прірва між зірками і повної порожнечею. Полярні сяйва порушуються зарядженими частинками, які емітує наше Сонце. Але якщо мільйони інших зірочок також випускають заряджені частинки, а це незаперечний факт, то абсолютний вакуум взагалі не може існувати в галактиці " [8].


2. Спостережні прояви

Перелічимо основні спостережні прояви:

  1. Наявність світяться туманностей іонізованого водню навколо гарячих зірок і відбивних газо-пилових туманностей в околицях більш холодних зірок.
  2. Ослаблення світла зірок (міжзоряний поглинання) через пил, що входить до складу міжзоряного середовища. А також пов'язаним з цим почервоніння світла; наявність непрозорих туманностей.
  3. Поляризація світла на порошинки, орієнтованих уздовж магнітного поля Галактики.
  4. Інфрачервоне випромінювання міжзоряного пилу
  5. Радіовипромінювання нейтрального водню в радіодіапазоні на довжині хвилі в 21 см
  6. М'яке рентгенівське випромінювання гарячого розрідженого газу.
  7. Синхротронне випромінювання релятивістських електронів в міжзоряних магнітних полях.
  8. Випромінювання космічних мазеров.

Структура МЗС вкрай нетривіальна і неоднорідна: гігантські молекулярні хмари, відбивна туманність, протопланетних туманність, планетарна туманність, глобула і т. д. Це призводить до широкого спектру спостережних проявів і процесів, що відбуваються в середовищі. Далі в таблиці наведено властивості основних компонентів середовища для диска:

Фаза Температура
(К)
Концентрація
c m - 3
Маса хмар
( M_ {\ bigodot} )
Розмір
(Пк)
Частка займаного обсягу Спосіб спостереження
Корональний газ ≈ 5 10 травня ~ 0.003 - - ~ 0.5 Рентген, лінії поглинання металів в УФ
Яскраві області HII 10 Квітня ~ 30 ~ 300 ~ 10 ~ 10 - 4 Яскрава лінія Hα
Зони HII низької щільності 10 Квітня ~ 0.3 - - ~ 0.1 Лінія Hα
Межоблачная середу 10 Квітня ~ 0.1 - - ~ 0.4 Лінія Lyα
Теплі області HI ~ 10 березня ~ 1 - - ~ 0.01 Випромінювання HI на λ = 21 см
Мазерного кондесаціі <100 ~ 10 жовтня ~ 10 травня ~ 10 - 5 Мазерного випромінювання
Хмари HI ≈ 80 ~ 10 ~ 100 ~ 10 ~ 0.01 Поглинання HI на λ = 21 см
Гігантські молекулярні хмари ~ 20 ~ 300 ~ 3 10 травня ~ 40 ~ 3 10 - 4
Молекулярні хмари ≈ 10 ~ 10 березня ~ 300 ~ 1 ~ 10 - 5 Лінії поглинання і випромінювання молекулярного водню в радіо та інфрачервоному спектрі.
Глобули ≈ 10 ~ 10 Квітня ~ 20 ~ 0.3 ~ 3 10 - 9 Поглинання в оптичному діапазоні.

2.1. Мазерного ефект

Крабоподібна туманність, зелений колір - мазерного випромінювання

У 1965 р. в ряді спектрів радіовипромінювання були виявлені дуже інтенсивні і вузькі лінії c λ = 18 см. Подальші дослідження показали, що лінії належать молекулі OH, а їх незвичайні властивість - результат мазерного випромінювання. У 1969 відкриває мазерного джерела від молекули води на λ = 1,35 см, пізніше були виявлені мазери працюють і на інших молекулах. Для мазерного випромінювання необхідна інверсна населеність рівнів (кількість атомів на верхньому резонансному рівні більше ніж на нижньому). Тоді проходячи крізь речовину світло з резонансною частотою хвилі посилюється, а не слабшає (це і називається мазерного ефектом). Для підтримки інверсної населеності необхідна постійна накачування енергією, тому всі космічні мазери діляться на два типи:

  1. Мазери, що асоціюються з молодими (вік 10 травня років) гарячими ОВ-зірками (а можливо, і з протозірка) і знаходяться в областях зореутворення.
  2. Мазери, пов'язані з сильно проеволюціоніровавшімі холодними зірками великої світності.

3. Фізичні особливості

3.1. Відсутність локального термодинамічної рівноваги (ЛТР)

У міжзоряному середовищі концентрація атомів мала і оптичні товщі малі. Це означає, що температура випромінювання - це температура випромінювання зірок (~ 5000 К) і ніяк не відповідає температурі самого середовища. При цьому електронна та іонна температури плазми можуть сильно відрізнятися один від одного, оскільки обмін енергії при зіткненні відбувається вкрай рідко. Таким чином, не існує єдиної температури навіть в локальному сенсі.

Розподіл числа атомів і іонів по населеності рівнів визначається балансом процесів рекомбінації та іонізації. ЛТР вимагає, щоб ці процеси були в рівновазі, щоб виконувалася умова детального балансу, однак, в міжзоряному середовищі прямі і зворотні елементарні процеси мають різну природу, і тому детальний баланс встановитися не може.

І нарешті, мала оптична товщина для жорсткого випромінювання і швидких заряджених частинок призводить до того, що енергія, що виділяється у будь-якій області простору, несеться на великі відстані. І охолодження йде по всьому об'єму відразу, а не в локальному просторі, що розширюється зі швидкістю звуку в середовищі. Аналогічно і йде нагрів. Теплопровідність не здатна передати тепло від віддаленого джерела і в справу вступають процеси, що нагрівають великі обсяги відразу.

Однак, незважаючи на відсутність ЛТР, навіть у дуже розрідженій космічній плазмі встановлюється максвеллівський розподіл електронів за швидкостями, відповідне температурі середовища, тому для розподілу часток по енергіях можна користуватися формулою Больцмана і говорити про температуру. Відбувається так через дальнодействия кулонівських сил за досить короткий час (для чисто водневої плазми цей час порядку 10 травня с), набагато менше часу зіткнення між частками.

Для опису стану газу введемо об'ємний коефіцієнт нагрівання Λ (n, T) і коефіцієнт об'ємного нагрівання Γ (n, T) . Тоді закон збереження енергії елемента обсягу d V з внутрішньою енергією E і тиском P запишеться:

\ Frac {dQ} {dt} = \ frac {dE} {dt} + P \ frac {dV} {dt} = \ Gamma-\ Lambda

При тепловій рівновазі dQ / dt = 0, а значить рівноважну температуру середовища можна знайти із співвідношення Γ = Λ.


3.1.1. Механізми нагріву

Говорячи, що середовище нагрівається, ми маємо на увазі зростання середньої кінетичної енергії. При об'ємному нагріванні збільшується кінетична енергія кожної частинки. І кожна частка в одиницю часу може збільшити свою енергію на кінцеву величину, а при відсутності термодинамічної рівноваги, це означає, що швидкість нагріву середовища прямо пропорційно кількості частинок в одиниці об'єму, тобто концентрації Γ (n, T) = nG (T). Функція G (T) [ерг / c] називається ефективністю нагріву і розраховується через елементарні процеси взаємодії і випромінювання.

Ультрафіолетове випромінювання зірок (фотоіонізація)

Класичний фотоефект: енергія кванта йде на іонізацію атома з довільного рівня i і кінетичну енергію електрона. Потім електрони соударяются з різними частками і кінетична енергія переходить в енергію хаотичного руху, газ нагрівається.

Однак не все так просто. Міжзоряний газ складається з водню, іонізованого який можна тільки жорстким СФ. І основними "перехоплювачами" УФ-квантів виявляються атоми домішок: заліза, кремнію, сірка, калі та ін Вони грають важливу роль у встановленні теплового балансу холодного газу.

Ударні хвилі
NGC 2736, газ, всередині залишку наднової в сузір'ї "Паруса"

Ударні хвилі виникають при процесах, що йдуть з надзвуковими швидкостями (для МЗС це 1-10 км / с). Так відбувається при спалаху наднової, скиданні оболонки, зіткнення газових хмар між собою, гравітаційний колапс газової хмари і т. д. За фронтом ударної хвилі кінетична енергія спрямованого руху швидко переходить в енергію хаотичного руху частинок. Часом температура може досягати величезних значень (до мільярда градусів всередині залишків наднової), причому основна енергія припадає на рух важких іонів (іонна температура). Спочатку температура легко електронного газу значно нижче, але поступово завдяки кулонівською взаємодіям іонна і електронна температура вирівнюється. Якщо в плазмі є магнітне поле, то роль першої скрипки у вирівнюванні іонної та електронної температури бере на себе турбулентність.

Проникаюча радіація і космічні промені

Космічні промені і рентгенівське випромінювання дифузне-основні джерела іонізації міжзоряного середовища, а не УФ, як це можна було очікувати. Частки космічних променів, взаємодіючи з середовищем, утворюють електрони з дуже великою енергією. Ця енергія втрачається електроном, в пружних зіткненнях, а також непружних, що призводять до іонізації або порушення атомів і іонів. Надтеплових електрони, з енергією менше 10 еВ втрачають енергію в пружних зіткненнях, нагріваючи газ. Такий механізм вкрай ефективний при температурах <10 червня . При 10 липня характерна теплова швидкість електронів порівнюється теплової швидкістю низькоенергетичних частинок космічних променів і швидкість нагріву різко зменшується.

Іонізація і нагрівання за допомогою м'якого дифузного рентгена від гарячого газу нічим принципово не відрізняється від нагрівання космічними променями. Уся різниця в швидкості нагріву (вона у космічних променів на порядок вище) і в набагато більшому перетині фотоіонізації з внутрішніх оболонок у рентгенівського випромінювання.

Жорстке електромагнітне випромінювання (рентгенівські і гамма-кванти)

Здійснюється в основному вторинними електронами при фотоіонізації і при комптонівського розсіяння. При цьому передана енергія покоїться електрону дорівнює

\ Delta E = h \ nu \ frac {h \ nu} {m_e c ^ 2} (1-cos \ theta)

для h \ nu \ ll m_e c ^ 2 перетин розсіяння одно томсоновскому: \ Sigma_ {T} \ simeq 6,65 * 10 ^ {-25} см .


3.1.2. Механізми охолодження

Як вже говорилося, міжзоряне середовище оптично тонка і має невелику щільність, а раз так, то основний механізм охолодження - це випромінювання фотонів. Випускання ж квантів залежить з бінарними процесами взаємодії (частка-частинка), тому сумарну швидкість об'ємного охолодження можна представити у вигляді Λ (n, T) = n 2 λ (T) . Де функція охолодження (λ) залежить тільки від температури і хімічного складу.

Вільно-вільне (гальмівне) випромінювання

Вільно-вільне (гальмівне) випромінювання в космічній плазмі викликано кулоновскими силами тяжіння або відштовхування. Електрон прискорюється в поле іона і починають випромінювати електромагнітні хвилі. Електрон починає переходити з однієї орбіти на іншу, але залишаючись вільним. При цьому випромінюється весь спектр від рентгену до радіо. Виділяється при цьому енергія з одиниці об'єму всередині тілесного кута в од. часу дорівнює:

j_ {\ nu} (T) = \ frac {16} {3} (\ frac {\ pi} {6}) ^ {1 / 2} \ frac {n_ {\ nu} Z ^ {2} e ^ 6 } {m ^ {2} _e c ^ 3} (\ frac {m_e} {kT}) ^ {1 / 2} g \ exp {\ frac {-h \ nu} {kt}} n_e n_i [Ерг / см ]

Де n ν показник заломлення. g - множник Гаунта, n e і n i - Концентрація електронів та іонів відповідно. Для чисто водневої плазми з рівною концентрацією протонів і електронів коефіцієнт об'ємного охолодження дорівнює:

\ Lambda_ {ff} (H) = \ int \ limits_ {0} ^ {\ infty} {j_ {\ nu} d \ nu} \ simeq 1.43 \ cdot 10 ^ {-27} n_ {e} ^ {2} \ sqrt {T} [Ерг / (см с)]

Однак космічна плазма не чисто воднева, в ній є важкі елементи, завдяки великому заряду яких, збільшується ефективність охолодження. Для повністю іонізованої середовища з нормальним космічним змістом елементів \ Lambda_ {ff} \ approx 1.7 \ Lambda_ {ff} (H) . Цей механізм особливо ефективний для плазми з T> 10 травня .

Рекомбінаційні випромінювання
  • Радіатівная рекомбінація
    При радіатівной рекомбінації частка кінетичної енергії рекомбінує електрона вкрай мала в енергії випускається фотона h ν = ξ i + m e v 2 ( ξ i -Потенціал іонізації рівня, на який рекомбінує електрон. Так як майже завжди \ Xi_i \ gg m_ev ^ 2 / 2 , То велика частина виділяється енергії не теплова. Тому радіатівная рекомбінація в загальному випадку малоефективна для охолодження газу. Проте потужність випромінювання одиниці об'єму через радіатівной рекомбінації для рівноважної середовища з Т < 10 травня перевершує втрати на гальмівне випромінювання \ Lambda_r \ approx 4 \ Lambda_ {ff} .
  • Діелектронная рекомбінація
    Діелектронная рекомбінація складається з двох етапів. Спочатку енергійний електрон збуджує атом чи іон так, що утворюється нестійкою іон з двома порушеними електронами. Далі або електрон випускається і іон перестає бути нестійким (автоіонізації), або випускається фотон з енергією порядку потенціалу іонізації та іон знову ставати стійким. Для того, щоб порушити атом потрібен дуже швидкий електрон, з енергією вище середньої. Знижуючи кількість швидких електронів ми знижуємо середню енергію системи, середа охолоджується. Даний механізм охолодження починає домінувати над радіатівной рекомбінацією при T> 10 травня К.
Двухфотонное випромінювання

Виникає при заборонених резонансних переходах з рівнів 2s_ {1 / 2} \ rightarrow 1s_ {1 / 2} в водні, при цьому випромінюється два фотони, і з 1 лютому S 0 рівня в гелії і геліеподобних іонах з випусканням також двох фотонів. Порушується ж ці рівні в основному за рахунок електронних ударів. Сумарна енергія утворюються фотонів відповідає різниці енергії між двома рівнями, але кожен з фотонів не має фіксованої енергії і утворюється безперервне випромінювання, дещо ми бачимо в зонах HII. Ці фотони мають довжину хвилі більше ніж у Лайман-альфи і йдуть з середовища, будучи основною причиною охолодження гарячої космічної плазми з Т = 10 6 - 8 жовтня К.

Зворотне комптонівське розсіяння

Якщо розсіювання фотона з енергією \ Epsilon відбувається на швидкому електроні з енергією E = γ m e c 2 важливим стає передача енергії і імпульсу від електрона фотону. Лоренц-перетворення в системі електрона дає енергію фотона \ Gamma \ epsilon . Скористаємося формулою ефекту Комптона і перейдемо назад отримуємо \ Epsilon_1 \ sim \ gamma ^ 2 \ epsilon . Видно, що низькочастотні кванти перетворюються в кванти жорсткого випромінювання. Усереднюючи по кутах швидкість втрат енергії одного такого електрона в полі ізотропного випромінювання отримаємо

- \ Left (\ frac {dE} {dt} \ right) _ {compt} = \ frac {4} {3} \ sigma_Tc \ gamma ^ 2 \ beta ^ 2 \ int \ limits_0 ^ \ infty u_ {\ nu} d \ nu

У разі теплового розподілу електронів з концентрацією n e і температурою T маємо 2> = <(v / c) 2> = 3 k T / m e c 2 . Приймаючи \ Gamma \ approx 1 . Об'ємне охолодження такого середовища складе:

\ Lambda _c =- \ left (\ frac {dE} {dt} \ right) _ {compt} n_e = \ frac {4kT} {m_e c ^ 2} \ sigma_T c n_e \ int \ limits_0 ^ \ infty u_ {\ nu} d \ nu

Комптонівське охолодження зазвичай домінує в високоіонізоване і сильно нагрітої плазмі поблизу джерел рентгенівського випромінювання. Завдяки йому середовище не може нагрітися вище T \ sim \ frac {\ epsilon} {4k} . Цей механізм був важливий в ранній всесвіту до епохи рекомбінації. У звичайних умовах МЗС ефектом можна знехтувати.

Іонізація електронним ударом

Якщо всі інші механізми охолодження випромінювальні, енергія несеться фотонами, то цей безвипромінювальний. Теплова енергія витрачається на відрив електрона і запасається у вигляді внутрішньої енергії зв'язку іон-електрон. Потім вона висвічується при рекомбінаціях.

Випромінювання в спектральних лініях

Основний механізм охолодження МЗС при Т < 10 травня K. Випромінювання відбувається при переходах з рівнів, порушених після електронного удару. Спектральний діапазон в якому несеться енергія визначається температурою - чим більше температура, тим вищий рівень збуджується, тим енергійніше випромінюваний фотон і охолодження йде швидше. У таблиці наведені які лінії домінують при різних температурах.

Температура До Охолодження в лініях
> 10 червня Рентгенівські лінії Н та Не-подібних іонів важких елементів
10 лютого 4 - 10 Червня Резонансні УФ-лінії Не і важких до Fe
(1 - 2) 10 4 Лінії Н (в основному L y α )
(5 - 10) 10 3 Заборонені лінії важких елементів
30 - 10 4 Далекі ІЧ-лінії при переходах між рівнями тонкої структури основних термів
(1 - 2) 10 3 Молекулярні рівні, в основному H 2
<30 Обертальні переходи молекул СО і води H 2 O

3.2. Теплова нестійкість

Тепер, знаючи всі елементарні процеси та механізми охолодження і нагріву ми можемо записати рівняння теплового балансу у вигляді n G (T) = n 2 λ (T) . Запишемо рівняння іонізаційного балансу, необхідне щоб дізнатися населеність рівнів. Вирішуючи, отримаємо рівноважну температуру T (n). Враховуючи те, що речовина в міжзоряному середовищі вкрай розряджена, тобто представляє з себе ідеальний газ, що підкоряється рівнянню Менделєєва-Клапейрона, знайдемо рівноважний тиск P (n). І виявимо, що залежність більше нагадує рівняння стану газу Ван-дер-Вальсу: існує область тисків, де одному значенню p відповідає три рівноважних еначенія n. Рішення на ділянці з негативною похідної нестійкий щодо малих збурень: при тиску більше ніж у навколишнього середовища вона (нестійкість?) Буде розширюватися до встановлення рівноваги при меншій щільності, а при меншій картина з точністю до навпаки. Це пояснює спостережуване динамічна рівновага розрідженої міжзоряного середовища і більш щільних хмар міжзоряного газу.

У реальному ж середовищі ситуація набагато складніше. По-перше, існує магнітне поле, яке перешкоджає стиску, якщо тільки воно не відбувається вздовж ліній поля. По-друге, міжзоряне середовище перебуває в безперервному русі і її локальні властивості безперервно змінюються, в ній з'являються нові джерела енергії і зникають старі. Так що умова теплового рівноваги може зовсім не виконуватися. По-третє, крім термодинамічної нестійкості існують гравітаційна і магнітогідродинамічних. І це без врахування всякого роду катаклізмів у вигляді спалахів наднових, приливних впливів, що проходять по сусідству галактик, або проходження самого газу через спіральні гілки Галактики.


3.3. Заборонені лінії і лінія 21 см

Відмінною особливістю оптично тонкої середовища є випромінювання в заборонених лініях. Забороненими називають лінії, які заборонені правилами відбору, тобто відбуваються з метастабільних рівнів. Характерний час життя електрона на цьому рівні - від 10 - 5 с до декількох діб. При високих концентраціях частинок їх зіткнення знімає збудження і лінії не спостерігаються через крайньої слабкості. При і малих плотностях інтенсивність лінії не залежить від імовірності переходу, оскільки мала ймовірність компенсується великим числом атомів знаходяться в метастабільному стані. Якщо ЛТР немає, то заселеність енергетичних рівнів слід розраховувати з балансу елементарних процесів збудження та дезактивації.

Найважливішою забороненої лінією МЗС є радіолінія атомарного водню 21 см. Ця лінія виникає при переході між підрівнями надтонкої структури 1 лютому S 1 / 2 рівня водню, пов'язаними з наявністю спина у електрона і протона. Вірогідність цього переходу A_ {10} = 2.9 \ cdot 10 ^ {-15} (Тобто 1 раз в 11 млн років). Порушення відбувається завдяки зіткнення нейтральних атомів водню. Розрахунок населеності рівнів дає n 1 = n H / 4 , n 0 = 3 n H / 4 . При цьому об'ємний коефіцієнт випромінювання:

j_ {\ nu} = \ frac {h \ nu_ {10}} {4 \ pi} n_1A_ {10} \ phi (\ nu)

Де φ (ν) - Профіль лінії, а фактор 4π передбачає ізотропне випромінювання.

Дослідження радіолінії 21 см дозволили встановити, що нейтральний водень в галактиці в основному укладений в дуже тонкому 400 пк товщиною шарі близько площині Галактики. У розподілі HI чітко простежуються спіральні гілки Галактики, зєємановськимі розщеплення абсорбційних компонент лінії у сильних радіоджерел використовується для оцінки магнітного поля усередині хмар.


3.4. Вмороженностью магнітного поля

Вмороженностью магнітного поля означає збереження магнітного потоку через будь-який замкнутий проводить контур при його деформації. У лабораторних умовах магнітний потік можна вважати зберігається в середовищах з високою електропровідністю. У межі нескінченної електропровідності нескінченне мале електричне поле викликало б зростання струму до нескінченної величини. Отже ідеальний провідник не повинен перетинати магнітні силові лінії, і таким чином порушувати електричне поле, а навпаки повинен захоплювати за собою лінії магнітного поля, магнітне поле виявляється як би вмороженностью в провідник.

Реальна космічна плазма, далеко не ідеальна і вмороженностью варто розуміти в тому сенсі, що потрібно дуже великий час для зміни потоку через контур. На практиці це означає, що ми можемо вважати поле постійним поки хмара стискається, звертається і т. д.


4. Еволюція міжзоряного середовища

Еволюція міжзоряного середовища, а якщо бути точніше міжзоряного газу, тісно пов'язана з хімічною еволюцією всієї Галактики. Здавалося б, усе просто: зірки поглинають газ, а після викидають його назад, збагачуючи його продуктами ядерного горіння - важкими елементами, - таким чином металічность повинна поступово зростати.

Теорія Великого вибуху пророкує, що в ході первинного нукліосінтеза утворилися водень, гелій, дейтерій, літій та інші легкі ядра, які розколюються ще на треку Хаяші або стадії протозірки. Іншими словами, ми повинні спостерігати довгоживучі G-карлики з нульовою металічностью. Але таких у Галактиці не знайдено, більш того, більшість з них мають майже сонячну металічность. За непрямими даними, можна судити, що щось подібне і в інших галактиках. На даний момент питання залишається відкритим і чекає свого рішення.

У первинному міжзоряному газі не було і пилу. Як зараз вважається, порошинки утворюються на поверхні старих холодних зірок і залишають її разом зі стікаючим речовиною.


5. Сонце і міжзоряне середовище

Міжзоряне середовище в околицях Сонячної системи неоднорідна. Спостереження показують, що Сонце рухається зі швидкістю близько 25 км / с крізь Місцеве міжзоряний хмара і може покинути його протягом наступних 10 тисяч років. Велику роль у взаємодії Сонячної системи з міжзоряним речовиною відіграє сонячний вітер.

Сонячний вітер це потік заряджених частинок (в основному водневої і гелієвої плазми), з величезною швидкістю стікали з сонячної корони з наростаючою швидкістю. Швидкість сонячного вітру в геліопаузой становить приблизно 450 км / с. Ця швидкість перевищує швидкість звуку в міжзоряному середовищі. І якщо уявити собі зіткнення міжзоряного середовища і сонячного вітру як зіткнення двох потоків, то при їх взаємодії виникнуть ударні хвилі. А саме середовище можна розділити на три області: область де є тільки частинки МЗС, район де тільки частинки зоряного вітру і область їх взаємодії.

І якби міжзоряний газ був би повністю ионизованного, як спочатку передбачалося, то все б було саме так, як було вище описано. Але, як показали вже перші спостереження міжпланетної середовища в Ly-aplha, нейтральні частинки міжзоряного середовища проникають у Сонячну систему [9]. Іншими словами Сонце взаємодіє з нейтральним і іонізованим газом по-різному.

Рух Сонячної системи в Місцевому міжзоряні хмари

5.1. Взаємодія з іонізованним газом

5.1.1. Кордон ударної хвилі

Спочатку сонячний вітер гальмується, стає більш щільним, теплим і турбулентним. Момент цього переходу називається кордоном ударної хвилі (termination shock) і знаходиться на відстані близько 85-95 а.е. від Сонця. (За даними, отриманими з космічних станцій "Вояджер-1" і Вояджер-2, які перетнули цю межу в грудні 2004 року і серпні 2007.)


5.1.2. Геліосфера і геліопаузой

Ще приблизно через 40 а. е. сонячний вітер стикається з міжзоряним речовиною і остаточно зупиняється. Ця межа, що відокремлює міжзоряне середовище від речовини Сонячної системи, називається геліопаузой. За формою вона схожа на міхур, витягнутий в протилежну руху Сонця бік. Область простору, обмежена геліопаузой, називається геліосферою.

Згідно з даними апаратів " Вояджер ", геліопаузой з південної сторони виявилася ближче, ніж з північної (73 і 85 астрономічних одиниці відповідно). Точні причини цього поки невідомі; згідно з першими припущеннями, асиметричність геліопаузой може бути викликана дією надслабких магнітних полів в міжзоряному просторі Галактики.


5.1.3. Головний ударна хвиля

По інший бік геліопаузой, на відстані близько 230 а. е. від Сонця, уздовж головний ударної хвилі (bow shock) відбувається гальмування з космічних швидкостей налітав на Сонячну систему міжзоряної речовини.

5.2. Взаємодія з нейтральним воднем

Ефект перезарядки

Взаємодія нейтральної частинки середовища носить куди більш складний характер. По-перше, вона (частка) може віддати свій електрон йону з сонячного вітру (ефект перезарядки), а, по-друге, може пройти до Сонця, де на неї впливатиме сила тяжіння і світлове тиск.

Перший ефект призводить до різкого зменшення розмірів геліосфери і різких контрастів, які, як сподіваються дослідники, зможуть засікти "Вояджер-1" і "Вояджер-2". Також це змінює картину в хвості геліосфери (куди рухається "Піонер-10"), виникає диск Маха, тангенціальний розрив і відображена ударна хвиля [10]. На жаль, перевірити ці ефекти спостереженнями із Землі неможливо і можна тільки сподіватися на вимірювання космічними апаратами.

Ті частинки міжзоряного середовища, яким вдалося проникнути в міжпланетну середу куди більш цікаві з точки зору спостерігача. Їх не тільки можна спостерігати, а й отримати інформацію про:

  • умовах на кордоні геліосфери;
  • багатьох важливих деталях хімії міжзоряного середовища;
  • турбулентності міжзоряного середовища;
  • фізичні умови в міжзоряному середовищі.

Примітки

  1. Фізика космосу - www.astronet.ru/db/msg/1188417 / під редакцією Р. А. Сюняева - 2-е вид. - М .: Радянська енциклопедія, 1986. - С. 386.
  2. Bacon F, Sylva. 1626
  3. Patterson, Robert Hogarth "Colour in nature and art", Essays in History and Art 10 Reprinted from Blackwood's Magazine. 1862
  4. Heger, Mary Lea (1919), "Stationary Sodium Lines in Spectroscopic Binaries" - adsabs.harvard.edu/abs/1919PASP...31..304H, Publications of the Astronomical Society of the Pacific 31 (184): 304, doi : 10.1086/122890
  5. Beals, CS (1936), "On the interpretation of interstellar lines" - adsabs.harvard.edu/abs/1936MNRAS..96..661B, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 96: 661
  6. Pickering, WH (1912), "The Motion of the Solar System relatively to the Interstellar Absorbing Medium" - articles.adsabs.harvard.edu / cgi-bin / nph-iarticle_query? 1912MNRAS .. 72 .. 740P, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 72: 740
  7. Birkeland, Kristian, "Polar Magnetic Phenomena and Terrella Experiments", The Norwegian Aurora Polaris Expedition, 1902-03, New York: Christiania (Oslo), H. Aschelhoug & Co., Pp. 720
  8. Thorndike, SL (1930), "Interstellar Matter" - articles.adsabs.harvard.edu / / full/seri/PASP./0042 / / 0000099.000.html, Monthly Publications of the Astronomical Society of the Pacific 42 (246): 99 , doi: 10.1086/124007
  9. Adams, TF, and PC Frisch, High-resolution observations of the Lyman alpha sky background, Astrophys. J., 212, 300-308, 1977
  10. Вплив міжзоряного середовища на будову геліосфери - www.astronet.ru/db/msg/1210275

Література

А.В. Засув, К.А. Постнов. Загальна Астрофізика - Фрязіно: Век 2, 2006. - ISBN 5-85099-169-7.


Міжзоряне середовище
Складові Міжзоряний газ Міжзоряний пил Космічні промені Магнітне поле Eagle nebula pillars.jpg
Туманності Дифузна (світла) туманність Темна туманність Емісійна туманність Відбивна туманність Залишок наднової Планетарна туманність Протопланетарного туманність
Області зореутворення Молекулярне хмара Глобула Область H II
Навколозоряних освіти Аккреційний диск Протопланетний диск Полярні струменеві течії Об'єкт Хербіга - Аро
Випромінювання Зоряний вітер Реліктове випромінювання

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Геологічне середовище
Інтегроване середовище розробки
Оцінка впливу на навколишнє середовище
Людина і навколишнє середовище (книжкова серія)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru