Межзвездное вещество во вселенной

Межзвездное вещество

Пространство между звездами не пусто. Гигантские скопления и вращающиеся массы газа и пыли образуют красивые ярко светящиеся облака вещества. Такие облака называются туманностями, и многие из них являются теми самыми местами, где зарождаются новые звезды. В туманности Ориона новые звезды образуются прямо сейчас.

Чтобы увидеть облака ныли Млечного Пути невооруженным глазом, тебе придется дождаться такой мочи, когда на небе не будет Луны, и выбрать для наблюдения место, удаленное от ярких огней больших и малых городов. Тогда ты сможешь различить слабо светящуюся полосу, проходящую через все небо, шириной примерно с твою ладонь па расстоянии вытянутой руки.

Лучше всего наблюдать Млечный Путь в южном полушарии, но летними ночами его нетрудно видеть и в северном. Световую дымку пересекают «щели» и «дырки», хорошо видные на фотографиях.

В течение долгого времени астрономы считали, что эти темные пятна на Млечном Пути представляют собой как бы туннели среди звезд. Теперь мы знаем, что это абсолютно неверно. В действительности области с небольшим количеством звезд являются облаками газа и пыли. Мелко раздробленная пыль и газ рассеяны там, в глубинах космоса, и загораживают от нас звезды Млечного Пути.

Действие пыли в космосе

У пас па Земле заходящее Солнце кажется красным, поскольку пыль, содержащаяся в воздухе, рассеивает синий свет сильнее, чем красный. Так что через такой мглистый воздух большая часть красных лучей проходит, а синих — нет. Аналогичным образом обстоит дело и в космосе. Туман в космическом пространстве не только делает звезды более тусклыми — из-за него они выглядят и более красными. Вблизи центра пашей Галактики, в созвездии Стрельца, пыли так много, что сквозь нее свет вообще не проходит, поэтому центр Галактики нам абсолютно не виден. Чтобы проникнуть через эти плотные облака пыли и узнать все-таки, что же происходит в самом сердце Млечного Пути, астрономам приходится прибегать к помощи радиотелескопов и инфракрасных телескопов.

Под действием звездного спета крупинки пыли в космическом пространстве немного разогреваются, особенно в окрестности очень горячих звезд. В специальные инфракрасные телескопы можно видеть, как частицы пыли излучают тепло, и это даст нам возможность заглянуть внутрь пыльных облаков. Когда под действием гравитационных сил часть газового или пыльно-

го облака начинает сжиматься, облако вынуждено отдать часть своей энергии. Таким образом, коллапс (сжатие) облака высвобождает энергию. Эта энергия видна как инфракрасное излучение.

Звездная пыль

Пыль, находящаяся и Млечном Пути, — это звездная пыль. Наружные слои гигантских звезд уносятся в космическое пространство. Старые звезды взрываются и рассеивают в пространстве атомы кислорода, углерода и железа. Кремний и железо способны образовывать крошечные кристаллики, которые затем перемещаются в пространстве, обретая там покрытие из кислорода, углерода и азота. Эти маленькие крупинки представляют собой миниатюрные химические заводы. На поверхности пылевых частиц атомы, па-пример, углерода и кислорода, прикрепляются друг к другу, образуя молекулы — скажем, окиси углерода.

Алло! Водород вызывает Землю!

Наиболее распространенным веществом в межзвездном пространстве, да и вообще во Вселенной, является водород. Радиоастрономы слышат шум, производимый этим газом во всех частях нашей Галактики. Атом водорода имеет только один электрон. Иногда электрон срывается со своей орбиты, и тогда в пространство посылается радиосигнал. Каждый отдельный сигнал весьма слаб, по в космическом пространстве так много водорода, что астрономам удается получить общий, суммарный эффект от псе-го водорода it виде излучения с длиной полны 21 см. Водородные карты Млечного Пути обнаруживают красивую спиральную форму пашей Галактики с большим количеством водорода, находящегося в ее спиральных рукавах.

Водородные облака вращаются в Галактике точно так же, как планеты обращаются вокруг Солнца. Скорость перемещения водородного облака зависит от того, как далеко находится оно от центра нашей Галактики. Исходя из скоростей водородных облаков мы можем вычислить общий объем и форму Галактики.

Туманности, излучающие свет

Межзвездные облака в основном состоят из водорода. В глубинах космоса они слишком холодны, чтобы светиться. Но иногда водородное облако окружает горячую звезду. И тогда туманность предстает перед нами в виде облака раскаленного газа. Звезда разогревает водород до тех пор, пока он не начинает светиться розоватом светом. В Большом Магеллановом облаке находится огромная самосветящаяся туманность, излучающая розовый свет.

Туманности, поглощающие свет

Межзвездное облако может оказаться чересчур холодным для того, чтобы излучать свет. И лаже наоборот, холод-нос облако может поглощать свет ярких объектов (например, звезд), находящихся за ним. В этом случае мы видим его как темный силуэт на светлом фоне. «Угольный мешок», темное пятно в южной части Млечного Пути — это видимая невооруженным глазом туманность, поглощающая свет.

Туманности, отражающие свет

Иногда холодное облако п космическом пространстве может оказаться видимым из-за тог», что пыль, из которой оно состоит, отражает свет ближайших звезд. Пыль образует ажурную отражающую туманность вокруг самых ярких звезд скопления под названием Плеяды. Туманности, отражающие свет, на фотографиях выглядят голубыми.

Межзвездная среда

Вещество, находящееся в пространстве между звездами, называется межзвездной средой. Большая его часть сконцентрирована в спиральных рукавах Млечного Пути. Температура межзвездного вещества колеблется от нескольких градусов выше абсолютного нуля в самых холодных облаках пыли до миллиона градусов в самых горячих газовых облаках.

Если бы ты отправился в космос к спиральному рукаву Галактики, ты обнаружил бы там всего около одного атома газа в кубическом сантиметре. В кубическом километре пространства оказалось бы несколько сотен пылинок. Таким обратим, межзвездная среда очень сильно разрежена. Однако и плотных облаках концентрация вещества может быть в 1000 раз выше средней. Но и в плотном облаке па кубический сантиметр приходится всего несколько сотен атомов. Причина, по которой нам все же удается наблюдать межзвездное вещество, несмотря па столь сильную его разреженность, состоит в том, что мы видим его в большой толще пространства. В обычной спиральной галактике межзвездное вещество составляет от 5 до 10 процентов всей видимой материи.

Наша Солнечная система находится в той области Галактики, где плотность межзвездного вещества необычайно низка. Эта область называется Местным «пузырем»; она простирается во все стороны примерно на 300 световых лет. Возможно, что большая часть всего вещества, какое могло бы находиться вблизи Солнца, была унесена прочь под действием каких-то процессов. Одна из предложенных идей состоит в том, что когда-то давно в окрестностях Солнечной системы произошел колоссальный взрыв нескольких больших звезд. И межзвездный газ был отброшен взрывной полной в отдаленные области космического пространства.

Гигантские молекулярные облака

Самые массивные объекты Млечного Пути — это гигантские молекулярные облака. Их масса может превосходить массу Солнца в миллион раз. Туманность Ориона — это всего лишь часть гигантского молекулярного облака, которое примерно в 500 раз массивнее нашего Солнца. В таинственных глубинах черных облаков астрономы обнаружили совершенно поразительный набор молекул. В тот космический материал входит вода, аммиак и спирт. Имеется также муравьиная кислота — та самая, что бывает у кусачих муравьев, — а также синильная кислота. Кислота из этих молекул относятся к разряду органических, поскольку они содержат углерод.

Химия этих удивительных облаков па самом деле очень проста. Разные атомы можно представить себе как части некоего конструкторского набора. Углерод, водород, кислород, азот и другие атомы можно соединить вместе самыми разнообразными способами — так и получаются всевозможные молекулы, которые не разрушаются в облаке из-за его очень низкой температуры. Простые элементы могут соединиться и гак, что получаются молекулы аминокислот и белков. На Земле эти же вещества, имеющиеся в природе, соединяются и образуют гигантские молекулы растительных и животных организмов.

Источник

МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество . 2000 .

Смотреть что такое «МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО» в других словарях:

Межзвездное вещество — Карта местного межзвездного облака Межзвёздная среда (МЗС) это вещество и поля, заполняющие межзвёздное пространство внутри галактик.[1] Состав: межзвёздный газ, пыль(1 % от массы газа), межзвёздные магнитные поля,космические лучи, а также… … Википедия

Межзвёздное вещество — Карта местного межзвездного облака Межзвёздная среда (МЗС) это вещество и поля, заполняющие межзвёздное пространство внутри галактик.[1] Состав: межзвёздный газ, пыль(1 % от массы газа), межзвёздные магнитные поля,космические лучи, а также… … Википедия

СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА — Солнце и обращающиеся вокруг него небесные тела 9 планет, более 63 спутников, четыре системы колец у планет гигантов, десятки тысяч астероидов, несметное количество метеороидов размером от валунов до пылинок, а также миллионы комет. В… … Энциклопедия Кольера

МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ — туманное свечение на ночном небе от миллиардов звезд нашей Галактики. Полоса Млечного Пути опоясывает небосвод широким кольцом. Особенно хорошо Млечный Путь виден вдали от городских огней. В Северном полушарии его удобно наблюдать около полуночи… … Энциклопедия Кольера

ТУМАННОСТИ — Раньше астрономы называли так любые небесные объекты, неподвижные относительно звезд, имеющие, в отличие от них, диффузный, размытый вид, как у маленького облачка (употребляемый в астрономии для туманности латинский термин nebula означает облако… … Энциклопедия Кольера

ЗВЕЗДЫ — горячие светящиеся небесные тела, подобные Солнцу. Звезды различаются по размеру, температуре и яркости. По многих параметрам Солнце типичная звезда, хотя кажется гораздо ярче и больше всех остальных звезд, поскольку расположено намного ближе к… … Энциклопедия Кольера

ПЕРЕМЕННЫЕ ЗВЕЗДЫ — звезды, блеск которых заметно изменяется со временем. Большинство переменных звезд либо очень молоды, либо стары. Поэтому удобнее всего классифицировать их в соответствии с возрастом, т. е. со стадией их эволюции. См. также ЗВЕЗДЫ. Молодые… … Энциклопедия Кольера

ГАММА-АСТРОНОМИЯ — изучает высокопроникающее электромагнитное гамма излучение, приходящее из космоса. Наши знания о космосе базируются на изучении попадающих на Землю космического вещества и излучения. Вещество попадает в форме метеоритов и космических лучей, т.е.… … Энциклопедия Кольера

РАДИОАСТРОНОМИЯ — раздел астрономии, изучающий космические объекты путем анализа приходящего от них радиоизлучения. Многие космические тела излучают радиоволны, достигающие Земли: это, в частности, внешние слои Солнца и атмосфер планет, облака межзвездного газа.… … Энциклопедия Кольера

Спиральная галактика — галактика, отличающаяся спиральной структурой. Любая галактика со спиральными рукавами. Эдвин Хаббл разделил спиральные галактики на две обширные группы с центральной перемычкой (SB галактики) и без нее (S). Каждая группа далее подразделяется на… … Астрономический словарь

Источник

Межзвездное вещество

Межзвёздная среда (МЗС) — это вещество и поля, заполняющие межзвёздное пространство внутри галактик. [1] Состав: межзвёздный газ, пыль(1 % от массы газа), межзвёздные магнитные поля,космические лучи, а также невидимая тёмная материя. Химический состав межзвездной среды — продукт первичного нуклеосинтеза и ядерного синтеза в звездах. На протяжении своей жизни звёзды испускают звёздный ветер, который возвращает в среду элементы из атмосферы звезды. А в конце жизни звезды с неё сбрасывается оболочка, обогащая межзвездную среду продуктами ядерного синтеза. Пространственное распределение межзвездной среды нетривиально. Помимо обще-галактических структур, таких как перемычка (бар) и спиральные рукава галактик, есть и отдельные холодные и тёплые облака, окружённые более горячим газом. Основная особенность МЗС — её крайне низкая плотность — 0,1..1000 атомов в кубическом сантиметре.

Содержание

История открытия

Межзвёздная среда была открыта в 1904 году Гартманом после обнаружения неподвижного спектра поглощения в спектре излучения двойных звезд, наблюдавшихся с целью проверки эффекта Доплера.

Наблюдательные проявления

Перечислим основные наблюдательные проявления:

1. Наличие светящихся туманностей ионизированного водорода вокруг горячих звезд и отражательных газо-пылевых туманностей в окрестностях более холодных звезд.
2. Ослабление света звёзд (межзвездное поглощение) из-за пыли, входящей в состав межзвездной среды. А также связанным с этим покраснения света; наличие непрозрачных туманностей.
3. Поляризация света на пылинках, ориентированных вдоль магнитного поля Галактики.
4. Инфракрасное излучение межзвездной пыли
5. Радиоизлучение нейтрального водорода в радиодиапазоне на длине волны в 21 см
6. Мягкое рентгеновское излучение горячего разреженного газа.
7. Синхротронное излучение релятивистских электронов в межзвёздных магнитных полях.
8. 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.

Мазерный эффект

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 населенность уровней (количество атомов на верхнем резонансном уровне больше чем на нижнем). Тогда проходя сквозь вещество свет с резонансной частотой волны усиливается, а не ослабевает (это и называется мазерным эффектом). Для поддержания инверсной населенности необходима постоянная накачка энергией, поэтому все космические мазеры на два типа:

1. Мазеры, ассоциирующиеся с молодыми (возраст 10 5 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 межзвездной среде концентрация атомов мала и оптические толщи малы, это значит, что температура излучения это температура излучения звезд (

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 населенностям 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 жесткого излучения и быстрых заряженных частиц приводит к тому, что энергия, выделяющаяся в какой-либо области пространства, уносится на большие расстояния. И охлаждение идет по всему объему сразу, а не в локальном пространстве, расширяющемся со скоростью звука в среде. Аналогично и идет нагрев. Теплопроводность не способна передать тепло от удаленного источника и в дело вступают процессы, нагревающие большие объемы сразу
Однако, несмотря на отсутствие ЛТР, даже в очень разреженной космической плазме устанавливается максвелловское распределение электронов по скоростям, соответствующее температуре среды, поэтому для распределения частиц по энергиям можно пользоваться формулой Больцмана и говорить о темпеаратуре. Происходит так из-за дальнодействия кулоновских сил за довольно короткое время (для чисто водородной плазмы это время порядка 10 5 с), гораздо меньше времени соударения между частицами.
Для описания состояния газа введем объемный коэффициент нагревания Λ(n,T) и коэффициент объемного нагрева Γ(n,T) . Тогда закон сохранения энергии элемента объема dV с внутренней энергией E и давлением P запишется:

При тепловом равновесии dQ/dt=0, а значит равновесную температуру среды можно найти из соотношения Γ=Λ.

Механизмы нагрева

Говоря среда нагревается, мы говорим, что средняя кинетическая энергия растет. При объемном 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 объема, т.е. концентрации Γ(n,T)=nG(T). Функция G(T)[эрг/c]называется эффективностью нагрева и рассчитывается через элементарные процессы взаимодействия и излучения.
Ультрафиолетовое излучение звезд (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.
Однако не все так просто. Межзвездный газ состоит из водорода, ионизовать который можно только жестким УФ. И основными «перехватчиками» УФ-квантов оказываются атомы примесей: железа, кремния, сера, кали и др. Они играют важную роль в установлении теплового баланса холодного газа.

Проникающая радиация и космические лучи
Космические лучи и рентгеновское диффузное излучение -основные источники ионизации межзвездной 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 эВ теряют энергию в упругих столкновениях, нагревая газ. Такой механизм крайне эффективен при температурах 6 . При 10 7 характерная тепловая скорость электронов сравнивается тепловой скоростью низкоэнергетических частиц космических лучей и скорость нагрева резко уменьшается.
Ионизация и нагрев с помощью мягкого диффузного рентгена от горячего газа ничем принципиально не отличается от нагрева космическими лучами. Всё различие в скорости нагрева (она у космических лучей на порядок выше) и в намного большем сечении фотоионизации с внутренних оболочек у рентгеновского излучения.

Жесткое электромагнитное излучение (рентгеновские и гамма-кванты)

Осуществляется в основном вторичными электронами при фотоионизации и при комптоновском рассеянии. При этом передаваемая энергия покоящемуся электрону равна

для сечение рассеяние равно томсоновскому: см².

Механизмы охлаждения

Как уже говорилось, межзвездная среда оптически тонка и имеет невеликую плотность, а раз так то, то основной механизм охлаждения это излучение фотонов. Испускание же квантов зависит с бинарными процессами взаимодействия (частица-частица). поэтому суммарную скорость объемного охлаждения можно представить в виде Λ(n,T) = n 2 λ(T) . Где функция охлаждения(λ) зависит только от температуры и химического состава.
Свободно-свободное (тормозное) излучение
Свободно-свободное (тормозное) излучение в космической плазме вызвано кулоновскими силами притяжения или отталкивания. Электрон ускоряется в поле иона и начинают излучать электромагнитные волны. Электрон начинает переходить с одной орбиты на другую, но оставаясь свободным. При этом излучается весь спектр от рентгена до радио. Выделяющаяся при этом энергия из единицы объема внутри телесного угла в ед. времени равна:

[эрг/см³]

Где n_ν показатель преломления. g — множитель Гаунта, n_e и n_i — концетрация электронов и ионов соответственно. Для чисто водородной плазмы с равной концентрацией протонов и электронов коэффициент объемного охлаждения равен:

[эрг/(см³ с)]

Однако космическая плазма не чисто водородная, в ней есть тяжелые элементы, благодаря большому заряду которых, увеличивается эффективность охлаждения. Для полностью ионизированной среды с нормальным космическим содержанием элементов . Этот механизм особенно эффективен для плзмы с T> 10 5 .

Рекомбинационное излучение
Радиативаня рекомбинация

При радиативной рекомбинации доля кинетической энергии рекомбинирующего электрона крайне мала в энергии испускаемого фотона hν = ξ_i + m_ev 2 ( ξ_i -потенциал ионизации уровня, на который рекомбинирует электрон. Т.к. почти всегда , то большая часть выделяющееся энергии не тепловая. Поэтому радиативная рекомбинация в общем случае малоэффективна для охлаждения газа. Однако мощность излучения еденицы объема из-за радиативной рекомбинации для равновесной среды с Т 10 5 превосходит потери на тормозное излучение .

Диэлектронная рекомбинация состоит из двух этапов. Сначала энергичный электрон возбуждает атом или ион так, что образуется неустойчивой ион с двумя возбужденными электронами. Далее либо электрон испускается и ион перестает быть неустойчивым (автоионизация), либо испускается фотон с энергией порядка потенциала ионизации и ион вновь становиться устойчивым. Для того, чтобы возбудить атом нужен очень быстрый электрон, с энергией выше средней. Понижая количество быстрых электронов мы понижаем среднюю энергию системы, среда охлаждается. Данный механизм охлаждения начинает доминировать над радиативной рекомбинацией при T> 10 5 К.

Двухфотонное излучение
Возникает при запрещенных резонансных переходах с уровней в водороде, при этом излучается два фотона, и с 2 1 S₀ уровня в гелии и гелиеподобных ионах с испусканием также двух фотонов. Возбуждается же эти уровни в основном за счет электронных ударов. Суммарная энергия образующихся фотонов соответствует разности энергии между двумя уровнями, но каждый из фотонов не имеет фиксированной энергии и образуется непрерывное излучение , кое мы видим в зонах HII. Эти фотоны имеют длину волны больше чем у Лайман-фльфы и уходят и среды, являсь основной причиной охлаждения горячей космической плазмы с Т= 10 6 − 10 8 К.

Обратное комптоновское рассеяние
Если рассеяние фотона с энергией ε происходит на быстром электроне с энергией E = γm_ec 2 важным становится передача энергии и импульса от электрона фотону. Лоренц-преобразование в системе электрона дает энергию фотона γε . Воспользуемся формулой эффекта Комптона и перейдем обратно получаем ε₁˜γ 2 ε . Видно, что низкочастотные кванты превращаются в кванты жесткого излучения. Усредняя по углам скорость потерь энергии одного такого электрона в поле изотропного излучения получим

В случае теплового распределения электронов с концентрацией n_e и температурой T имеем 2 > = 2 > = 3kT / m_ec 2 . Принимая . Объемное охлаждение такой среды составит:

Комптоновское охлаждение обычно доминирует в высокоионизированной и сильно нагретой плазме вблизи источников рентгеновского излучения. Благодаря ему среда не может нагреться выше . Этот механизм был важен в ранней вселенной до эпохи рекомбинации. В обычных условиях МЗС эффектом можно пренебречь.

Ионизация электронным ударом
Если все остальные механизмы охлаждения излучательные, энергия уносится фотонами, то этот безызлучательный. Тепловая энергия расходуется на отрыв электрона и запасается в виде внутренней энергии связи ион-электрон. Потом она высвечивается при рекомбинациях.

Излучение в спектральных линиях

Основной механизм охлаждения МЗС при Т 10 5 K.Излучение происходит при переходах с уровней, возбужденных после электронного удара. Спектральный диапазон в котором уносится энергия определяется температурой — чем больше температура, тем более высокий уровень возбуждается, тем энергичнее излучаемый фотон и охлаждение идет быстрее. В таблице приведены какие линии доминируют при различных температурах.

Тепловая неустойчивость

Теперь, зная все элементарные процессы и механизмы охлаждения и нагрева мы можем записать уравнения теплового баланса в виде nG(T) = n 2 λ(T) . Запишем уравнение ионизационного баланса, необходимое чтобы узнать населенность уровней. Решая, получим равновесную температуру T(n). Учитывая то, что вещество в межзвездной среде крайне разряжено, т.е. представляет из себя идеальный газ, подчиняющийся уравнению Менделлева-Клапейрона, найдем равновесное давление P(n). И обнаружим, что зависимость больше напоминает уравнение состояни газа Ван -дер-Вальса: существует область давлений, где одному значению p соответствует три равновесных эначения n. Решение на участке с отрицательной производной неустойчиво относительно малых возмущений: при давлении больше чем у окружающей среды она будет расширяться до установления равновесия при меньшей плотности, а при меньшем картина с точностью, да наоборот. Это объясняет наблюдаемое динамическое равновесие разреженной межзвездной среды и более плотных облаков межзвездного газа.
В реальной же среде ситуация гораздо сложнее. Во-первых существует магнитное поле, конторе препятствует сжатию, если только оно не происходит вдоль линий поля. Во-вторых межзвездная среда находится в непрерывном движении и ее локальные свойства непрерывно меняются, в ней появляются новые источники энергии и исчезают старые. Так, что условие теплового равновесия может вовсе не выполняться. В-третьих, кроме термодинамической неустойчивости существуют гравитационная и магнитогидродинмическая. И это без учетов всякого рода катаклизмов в виде вспышек сверхновых, приливных влияниях проходящих по соседству галактик или прохождения самого газа через спиральные ветви Галактики.

Запрещённые линии и линия 21 см

Отличительной особенностью оптически тонкой среды является излучение в запрещенных линиях. Запрещенные линии это лини, которые запрещены правилами отбора, т.е. происходят с метастабильных уровней. Характерное время жизни электрона на этом уровне — от 10 — 5 с до нескольких суток. При высоких концентрациях частиц их столкновение снимает возбуждение и линии не наблюдаются из-за крайней слабости. При и малых плотностях интенсивность линии не зависит от вероятности перехода, поскольку малая вероятность компенсируется большим числом атомов находящихся в метастабильном состоянии. Если ЛТР нет, то заселенность энергетических уровней следует рассчитывать из баланса элементарных процессов возбуждения и деактивации.
Важнейшей запрещенной линией МЗС является радиолиния атомарного водорода 21см. Эта линия возникает при переходе между подуровнями сверхтонкой структуры 1 2 S_{1 / 2} уровня водорода, связанными с наличием спина у электрона и протона. Вероятность этого перехода (Т.е. 1 раз в 11 млн. лет). Возбуждение происходит благодаря столкновению нейтральных атомов водорода. Расчет населенности уровней дает n₁ = n_H / 4 , n₀ = 3n_H / 4 . При этом объемный коэффициент излучения:

.

Где φ(ν) — профиль линии, а фактор 4π предпологает изотропное излучение. Исследования радиолинии 21 см позволили установить, что нейтральный водород в галактике в основном заключен в очень тонком 400 пк толщиной слое около плоскости Галактики. В распределении HI отчетливо прослеживаются спиральные Галактики Зеемановское расщепление абсорбционных компонент линии у сильных радиоисточников используется для оценки магнитного поля внутри облаков.

Вмороженность магнитного поля

Вмороженность магнитного поля означает сохранение магнитного потока через любой замкнутый проводящий контур при его деформации. В лабораторных условиях магнитный поток можно считать сохраняющимся в средах с высокой электропроводностью. В пределе бесконечной электропроводности бесконечное малое электрическое поле вызвало бы рост тока до бесконечной величины. Следовательно идеальный проводник не должен пересекать магнитные силовые линии, и таким образом возбуждать электрическое поле, а напротив должен увлекать за собой линии магнитного поля, магнитное поле оказывается как бы вмороженным в проводник.
Реальная космическая плазма, далеко не идеальна и вмороженность стоит понимать в том смысле, что требуется очень большое время для изменеия потока через контур. На практике это означает, что мы можем считать поле постоянным пока облако сжимается, обращается и т.д.

Солнце и межзвездная среда

Примечания

1. ↑Физика космоса / под редакцией Р. А. Сюняева. — 2-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1986. — С. 386.

Литература

А.В. Засов, К.А. Постнов. Общая Астрофизика. — Фрязино: Век 2, 2006. — ISBN 5-85099-169-7

Источник