МЕЖЗВЕЗДНАЯ СРЕДА В ГАЛАКТИКЕ ЛИСОВЦЕВА В В

МЕЖЗВЕЗДНАЯ СРЕДА В ГАЛАКТИКЕ ЛИСОВЦЕВА В. В.

Межзвёздная среда (МЗС) - разреженное вещество, межзвёздный газ и мельчайшие пылевые частицы, заполняющие пространство между звёздами в нашей и других Галактиках.

Химический состав межзвездного газа.

Наблюдательные проявления. Перечислены основные наблюдательные проявления: • • Наличие светящихся туманностей ионизированного водорода вокруг горячих звёзд и отражательных газо-пылевых туманностей в окрестностях более холодных звёзд. Ослабление света звёзд (межзвёздное поглощение) из-за пыли, входящей в состав межзвёздной среды. А также связанным с этим покраснения света; наличие непрозрачных туманностей. Поляризация света на пылинках, ориентированных вдоль магнитного поля Галактики. Инфракрасное излучение межзвёздной пыли Радиоизлучение нейтрального водорода в радиодиапазоне на длине волны в 21 см Мягкое рентгеновское излучение горячего разреженного газа. Синхротронное излучение релятивистских электронов в межзвёздных магнитных полях. Излучение космических мазеров.

Структура МЗС крайне нетривиальна и неоднородна: гигантские молекулярные облака, отражательная туманность, протопланетная туманность, планетарная туманность, глобула и т. д. . • Это приводит к широкому спектру наблюдательных проявлений и процессов происходящих в среде. Далее в таблице приведены свойства основных компонентов среды для диска: Масса облаков () Размер (пк) Доля занимаемого объёма Способ наблюдения ~0. 003 - - ~0. 5 Рентген, линии поглощения металлов в УФ ≈ ~300 ~10 ~ Зоны HII низкой плотности ≈ ~0. 3 - - ~0. 1 Линия Hα Межоблачная среда ≈ ~0. 1 - - ~0. 4 Линия Lyα Тёплые области HI ~ ~1 - - ~0. 01 Излучения HI на λ=21 см ~ ~ ~ Температура (К) Концентрация Корональный газ ≈5· Яркие области HII Фаза Мазерные кондесации Яркая линия Hα Мазерное излучение Облака HI ≈80 ~100 ~10 ~0. 01 Гигантские молекулярные облака ~20 ~300 ~3 ~40 ~3 Молекулярные облака ≈10 ~ ~300 ~1 ~ Глобулы ≈10 ~ ~20 ~0. 3 ~3 Поглощения HI на λ=21 см Линии поглощения и излучения молекулярного водорода в радио и инфракрасном спектре. Поглощение в оптическом диапазоне.

Мазерный эффект. Ма зер (англ. maser) — квантовый генератор, излучающий когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона (микроволны). В 1965 г. в ряде спектров радиоизлучения были обнаружены очень интенсивные и узкие линии c λ=18 см. Дальнейшие исследования показали, что линии принадлежат молекуле OH, а их необычные свойство — результат мазерного излучения. • В 1969 открывает мазерные источники от молекулы воды на λ=1, 35 см, позже были обнаружены мазеры работающие и на других молекулах. Для мазерного излучения необходима инверсная населённость уровней (количество атомов на верхнем резонансном уровне больше чем на нижнем). Тогда проходя сквозь вещество свет с резонансной частотой Крабовидная Туманность, зелёный цвет — волны усиливается, а не ослабевает (это и мазерное излучение называется мазерным эффектом). Для поддержания инверсной населённости необходима постоянная накачка энергией, поэтому все космические мазеры делятся на два типа: 1. Мазеры, ассоциирующиеся с молодыми (возраст лет) горячими ОВ-звёздами (а возможно, и с протозвёздами) и находящимися в областях звездообразования. 2. Мазеры, связанные с сильно проэволюционировавшими холодными звёздами большой светимости •

Физические особенности Отсутствие локального термодинамического равновесия (ЛТР) • • • В межзвёздной среде концентрация атомов мала и оптические толщи малы. Это значит, что температура излучения — это температура излучения звёзд (~5000 К) и никак не соответствует температуре самой среды. При этом электронная и ионная температуры плазмы могут сильно отличаться друг от друга, поскольку обмен энергии при соударении происходит крайне редко. Таким образом, не существует единой температуры даже в локальном смысле. Распределение числа атомов и ионов по населённостям уровней определяется балансом процессов рекомбинации и ионизации. ЛТР требует, чтобы эти процессы были в равновесии, чтобы выполнялось условие детального баланса, однако, в межзвёздной среде прямые и обратные элементарные процессы имеют разную природу, и поэтому детальный баланс установиться не может. И наконец, малая оптическая толщина для жёсткого излучения и быстрых заряженных частиц приводит к тому, что энергия, выделяющаяся в какой-либо области пространства, уносится на большие расстояния. И охлаждение идёт по всему объёму сразу, а не в локальном пространстве, расширяющемся со скоростью звука в среде. Аналогично и идёт нагрев. Теплопроводность не способна передать тепло от удалённого источника и в дело вступают процессы, нагревающие большие объёмы сразу.

Механизмы нагрева Ультрафиолетовое излучение звёзд (фотоионизация). Жёсткое электромагнитное излучение (рентгеновские и гамма-кванты). Ударные волны. Проникающая радиация и космические лучи.

Механизмы нагрева • • Говоря, что среда нагревается, мы подразумеваем рост средней кинетической энергии. При объёмном нагреве увеличивается кинетическая энергия каждой частицы. И каждая частица в единицу времени может увеличить свою энергию на конечную величину, а при отсутствии термодинамического равновесия, это означает, что скорость нагрева среды прямо пропорционально количеству частиц в единице объёма, то есть концентрации Γ(n, T)=n. G(T). Функция G(T)[эрг/c]называется эффективностью нагрева и рассчитывается через элементарные процессы взаимодействия и излучения. Ультрафиолетовое излучение звёзд (фотоионизация). Классический фотоэффект: энергия кванта уходит на ионизацию атома с произвольного уровня i и кинетическую энергию электрона. Потом электроны соударяются с различными частицами и кинетическая энергия переходит в энергию хаотического движения, газ нагревается. • Ударные волны возникают при процессах, идущих со сверхзвуковыми скоростями (для МЗС это 1 -10 км/с). Так происходит при вспышке сверхновой, сбросе оболочки, столкновения газовых облаков между собой, гравитационный коллапс газового облака и т. д. • Проникающая радиация и космические лучи. Космические лучи и рентгеновское диффузное излучение -основные источники ионизации межзвёздной среды, а не УФ, как это можно было ожидать. Частицы космических лучей, взаимодействуя со средой, образуют электроны с очень большой энергией. Эта энергия теряется электроном, в упругих столкновениях, а также неупругих, приводящих к ионизации или возбуждению атомов и ионов. Надтепловые электроны, с энергией меньше 10 э. В теряют энергию в упругих столкновениях, нагревая газ. • Жёсткое электромагнитное излучение (рентгеновские и гамма-кванты). Осуществляется в основном вторичными электронами при фотоионизации и при комптоновском рассеянии.

Механизмы охлаждения Свободносвободное (тормозное) излучение Излучение в спектральных линиях Рекомбинационное излучение Ионизация электронным ударом Двухфотонное излучение Обратное комптоновское рассеяние

Эволюция межзвёздной среды • Эволюция межзвёздной среды, а если быть точнее межзвёздного газа, тесно связана с химической эволюцией всей Галактики. Казалось бы, все просто: звезды поглощают газ, а после выбрасывают его обратно, обогащая его продуктами ядерного горения — тяжёлыми элементами, — таким образом металичность должна постепенно возрастать. • Теория Большого взрыва предсказывает, что в ходе первичного нуклиосинтеза образовались водород, гелий, дейтерий, литий и другие лёгкие ядра, которые раскалываются ещё на треке Хаяши или стадии протозвёзды. Иными словами, мы должны наблюдать долгоживущие G-карлики с нулевой металичностью. Но таковых в Галактике не найдено, более того, большинство из них имеют почти солнечную металичность. По косвенным данным, можно судить, что-то подобное и в других галактиках. На данный момент вопрос остаётся открытым и ждёт своего решения. • В первичном межзвёздном газе не было и пыли. Как сейчас считается, пылинки образуются на поверхности старых холодных звёзд и покидают её вместе с истекающим веществом.

Спасибо за внимание