Что находится в межзвездном пространстве

МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО

Полезное

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

Что такое межзвездное пространство?

Вселенная > Что такое межзвездное пространство?

Границы и пределы всегда интригуют, потому что за ними скрывается неизведанное и тайное. Раньше подобное манило к себе завоевателей, царей и отважных исследователей. Но Земля практически исчерпала себя. Теперь человечеству приходится вырываться за пределы родной планеты к звездам, чтобы снова отыскать такие места. Сейчас интерес сосредоточен на межзвездном пространстве и чем оно заполнено. Это может быть пространство между звездами или галактиками.

Мы говорим о пустых участках космоса. То есть, на их территории нет звезд или планет. Но не думайте, что они совершенно пустые. Фактически, межзвездное пространство заполнено газом, пылью и радиацией. В первых двух случаях речь идет о межзвездной среде (ISM), заполняющей межзвездное пространство и плавно перетекающей в межгалактическое. А вот энергия в виде электромагнитных излучений – межзвездное поле излучения. ISM состоит по большей части из плазмы (ионизированный водород).

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Там где заканчивается гелиопауза, начинается межзвездное пространство

Межзвездная среда и ее структура были загадкой для ученых многие века. Сам термин появился в 17 веке в трудах Фрэнсиса Бэкона и Роберта Бойля. Перед тем как выработалась электромагнитная теория, физики полагали, что космическое пространство наполнено невидимым эфиром, через который проходит свет. Только в 20-м веке стало понятно, что в этих участках присутствуют материя и газ. Обнаружение космических волн в 1912 году было еще одной ступенькой в изучении. Дальше появились ультрафиолетовые, рентгеновские, микроволновые и гамма-детекторы, благодаря которым ученым удалось «увидеть» все эти разновидности энергии.

Более того, исследователи даже запускали спутники, которые должны были покинуть межзвездное пространство. Среди них фигурируют Вояджер 1 и 2, покинувшие границы Солнечной системы и вошедшие в гелиопаузу. Они проработают еще 25-30 лет, и все это время будут снабжать сведениями о магнитных полях и межзвездных частичках. Посмотрите видео, чтобы узнать больше про межзвездное пространство Вселенной.

Источник

Межзвездная среда

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

«Вояджер-1» достиг МНБ 25 августа 2012 года, что сделало его первым искусственным объектом с Земли, сделавшим это. Межзвездная плазма и пыль будут изучаться до конца миссии в 2025 году. Его двойник, Вояджер-2, вошел в ISM 5 ноября 2018 года [4].

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Содержание

Межзвездное вещество [ править ]

В таблице 1 представлена ​​разбивка свойств компонентов ISM Млечного Пути.

Таблица 1: Компоненты межзвездной среды [3]

КомпонентДробный
объем
Высота шкалы
( шт )
Температура
( K )
Плотность
(частиц / см 3 )
Состояние водородаОсновные методы наблюдения
Молекулярные облака2 –10 6молекулярныйЛинии радио- и инфракрасного излучения и поглощения молекул
Холодная нейтральная среда (CNM)1–5%100–30050–10020–50нейтральный атомныйH I 21 см линейное поглощение
Теплая нейтральная среда (WNM)10–20%300–4006000–100000,2–0,5нейтральный атомныйH I линия излучения 21 см
Теплая ионизированная среда (WIM)20–50%100080000,2–0,5ионизированныйИзлучение Hα и дисперсия пульсаров
H II регионы2 –10 4ионизированныйИзлучение Hα и дисперсия пульсаров
Корональный газ
Горячая ионизированная среда (ГИМ)
30–70%1000–300010 6 –10 710 −4 –10 −2ионизированный
(металлы также сильно ионизированы)
Рентгеновское излучение; линии поглощения высокоионизированных металлов, прежде всего в ультрафиолетовом

Трехфазная модель [ править ]

Филд, Голдсмит и Хабинг (1969) предложили модель статического двухфазного равновесия для объяснения наблюдаемых свойств ISM. Их смоделированный ISM включал холодную плотную фазу ( T 4 K ), состоящую из разреженного нейтрального и ионизированного газа. McKee & Ostriker (1977) добавили динамическую третью фазу, которая представляла очень горячий ( T

10 6 K ) газ, который был ударно нагрет от сверхновых.и составляли большую часть объема ISM. Эти фазы представляют собой температуры, при которых нагревание и охлаждение могут достичь устойчивого равновесия. Их статья послужила основой для дальнейших исследований за последние три десятилетия. Однако относительные пропорции фаз и их подразделение до сих пор не совсем понятны. [3]

Модель атомарного водорода [ править ]

1 наносекунды световых импульсов, которые составляют обычный, некогерентный во времени свет.

Источник

Межзвездная среда

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

«Вояджер-1» достиг МНБ 25 августа 2012 года, что сделало его первым искусственным объектом с Земли, который сделал это. Межзвездная плазма и пыль будут изучаться до конца миссии в 2025 году. Его двойник, Вояджер-2, вошел в ISM 5 ноября 2018 года [4].

Содержание

Межзвездное вещество [ править ]

В таблице 1 представлена ​​разбивка свойств компонентов ISM Млечного Пути.

Таблица 1: Компоненты межзвездной среды [3]

КомпонентДробный
объем
Высота шкалы
( шт )
Температура
( K )
Плотность
(частиц / см 3 )
Состояние водородаОсновные методы наблюдения
Молекулярные облака2 –10 6молекулярныйЛинии радио- и инфракрасного излучения и поглощения молекул
Холодная нейтральная среда (CNM)1–5%100–30050–10020–50нейтральный атомныйH I 21 см линейное поглощение
Теплая нейтральная среда (WNM)10–20%300–4006000–100000,2–0,5нейтральный атомныйH I линия излучения 21 см
Теплая ионизированная среда (WIM)20–50%100080000,2–0,5ионизированныйИзлучение Hα и дисперсия пульсаров
H II регионы2 –10 4ионизированныйИзлучение Hα и дисперсия пульсаров
Корональный газ
Горячая ионизированная среда (ГИМ)
30–70%1000–300010 6 –10 710 −4 –10 −2ионизированный
(металлы также сильно ионизированы)
Рентгеновское излучение; линии поглощения высокоионизированных металлов, прежде всего в ультрафиолетовом

Трехфазная модель [ править ]

Филд, Голдсмит и Хабинг (1969) предложили модель статического двухфазного равновесия для объяснения наблюдаемых свойств ISM. Их смоделированный ISM включал холодную плотную фазу ( T 4 K ), состоящую из разреженного нейтрального и ионизированного газа. McKee & Ostriker (1977) добавили динамическую третью фазу, которая представляла очень горячий ( T

10 6 K ) газ, который был ударно нагрет от сверхновых.и составляли большую часть объема ISM. Эти фазы представляют собой температуры, при которых нагревание и охлаждение могут достичь устойчивого равновесия. Их статья послужила основой для дальнейших исследований за последние три десятилетия. Однако относительные пропорции фаз и их подразделение до сих пор не совсем понятны. [3]

Модель атомарного водорода [ править ]

1 наносекунды световых импульсов, которые составляют обычный, некогерентный во времени свет.

Источник

Межзвёздная среда

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Пространственное распределение межзвёздной среды нетривиально. Помимо общегалактических 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

После создания современной электромагнитной теории некоторые физики постулировали, что невидимый светоносный эфир является средой для передачи световых волн. Они также полагали, что эфир заполняет межзвёздное пространство. Р. Паттерсон в 1862 году писал [3] : «Это истечение является основой вибраций или колебательных движений в эфире, который заполняет межзвёздное пространство».

Применение глубоких фотографических обзоров ночного неба позволило Э. Барнарду получить первое изображение тёмной туманности, которое силуэтом выделялось на фоне звёзд галактики. Однако, первое открытие холодной диффузной материи было сделано Д. Гартманом в 1904 году после обнаружения неподвижного спектра поглощения в спектре излучения двойных звёзд, наблюдавшихся с целью проверки эффекта Доплера.

В своём историческом исследовании спектра Дельты Ориона Гартман изучал движение по орбите компаньонов системы Дельты Ориона и свет, приходящий от звезды и понял, что некоторая часть света поглощается на пути к Земле. Гартман писал, что «линия поглощения кальция очень слаба», а также, что «некоторым сюрпризом оказалось то, что линии кальция на длине волны 393.4 нанометров не движутся в периодическом расхождении линий спектра, которое присутствует в спектроскопически-двойных звёздах». Стационарная природа этих линий позволила Гартману предположить, что газ, ответственный за поглощение не присутствует в атмосфере Дельты Ориона, но, напротив, находится вне звезды и расположен между звездой и наблюдателем. Это исследование и стало началом изучения межзвездной среды.

Дальнейшие исследования линий «H» и «K» кальция Билзом [5] (1936) позволили обнаружить двойные и несимметричные профили спектра Эпсилон и Дзета Ориона. Это были первые комплексные исследования межзвёздной среды в созвездии Ориона. Асимметричность профилей линий поглощения была результатом наложения многочисленных линий поглощения, каждая из которых соответствовала атомным переходам (например, линия «K» кальция) и происходила в межзвёздных облаках, каждое из которых имело свою собственную лучевую скорость. Так как каждое облако движется с разной скоростью в межзвёздном пространстве, как по направлению к Земле, так и удаляясь от неё, то в результате эффекта Доплера, линии поглощения сдвигались, либо в фиолетовую, либо в красную сторону соответственно. Это исследование подтвердило, что материя не распределена равномерно по межзвёздному пространству.

В тот же год Виктор Гесс открыл космические лучи, энергичные заряженные частицы, которые бомбардируют Землю из космоса. Это позволило заявить некоторым исследователям, что они также наполняют собой межзвёздную среду. Норвежский физик Кристиан Биркланд в 1913 году писал: «Последовательное развитие нашей точки зрения заставляет предполагать, что всё пространство заполнено электронами и свободными ионами всякого рода. Мы также склонны полагать, что все звёздные системы произошли от заряженных частиц в космосе. И совершенно не кажется невероятным думать, что большая часть массы Вселенной, может быть найдена не в звёздных системах или туманностях, но в „пустом“ пространстве» [7]

Наблюдательные проявления

Перечислим основные наблюдательные проявления:

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:

0.5

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

0.1

0.4

0.01

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

0.01

3 Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

3 Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

3 Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

ФазаТемпература
(К)
Концентрация
Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве
Масса облаков
(Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве)
Размер
(пк)
Доля занимаемого объёмаСпособ наблюдения
Корональный газ≈5·Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеРентген, линии поглощения металлов в УФ
Яркие области HIIЧто находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеЯркая линия Hα
Зоны HII низкой плотностиЧто находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеЛиния Hα
Межоблачная средаЧто находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеЛиния Lyα
Тёплые области HIИзлучения HI на λ=21 см
Мазерные кондесацииЧто находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеМазерное излучение
Облака HI≈80Поглощения HI на λ=21 см
Гигантские молекулярные облака
Молекулярные облака≈10Линии поглощения и излучения молекулярного водорода в радио и инфракрасном спектре.
Глобулы≈10Поглощение в оптическом диапазоне.

Мазерный эффект

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

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 волны усиливается, а не ослабевает (это и называется мазерным эффектом). Для поддержания инверсной населённости необходима постоянная накачка энергией, поэтому все космические мазеры делятся на два типа:

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.

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 температуре. Происходит так из-за дальнодействия кулоновских сил за довольно короткое время (для чисто водородной плазмы это время порядка Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствес), гораздо меньше времени соударения между частицами.

Для описания состояния газа введём объёмный коэффициент нагревания Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеи коэффициент объёмного нагрева Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве. Тогда закон сохранения энергии элемента объёма Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствес внутренней энергией Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеи давлением Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствезапишется:

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

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

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)=nG(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.

Однако не все так просто. Межзвёздный газ состоит из водорода, ионизовать который можно только жёстким УФ. И основными «перехватчиками» УФ-квантов оказываются атомы примесей: железа, кремния, серы, калия и др. Они играют важную роль в установлении теплового баланса холодного газа.

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

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. За фронтом ударной волны кинетическая энергия направленного движения быстро переходит в энергию хаотического движения частиц. Порой температура может достигать огромных значений (до миллиарда градусов внутри остатков сверхновой), причём основная энергия приходится на движение тяжёлых ионов (ионная температура). Поначалу температура легкого электронного газа значительно ниже, но постепенно благодаря кулоновским взаимодействиям ионная и электронная температура выравнивается. Если в плазме есть магнитное поле, то роль первой скрипки в выравнивании ионной и электронной температуры берет на себя турбулентность.

Проникающая радиация и космические лучи

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.

Жёсткое электромагнитное излучение (рентгеновские и гамма-кванты)

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

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

для Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствесечение рассеяние равно томсоновскому: Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствесм².

Механизмы охлаждения

Как уже говорилось, межзвёздная среда оптически тонка и имеет невеликую плотность, а раз так, то основной механизм охлаждения — это излучение фотонов. Испускание же квантов зависит с бинарными процессами взаимодействия (частица-частица), поэтому суммарную скорость объёмного охлаждения можно представить в виде Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве. 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 объёма внутри телесного угла в ед. времени равна:

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве[эрг/см³]

Где Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствепоказатель преломления. g — множитель Гаунта, Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеи Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве— концентрация электронов и ионов соответственно. Для чисто водородной плазмы с равной концентрацией протонов и электронов коэффициент объёмного охлаждения равен:

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве[эрг/(см³ с)]

Однако космическая плазма не чисто водородная, в ней есть тяжёлые элементы, благодаря большому заряду которых, увеличивается эффективность охлаждения. Для полностью ионизированной среды с нормальным космическим содержанием элементов Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве. Этот механизм особенно эффективен для плазмы с T>Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве.

Возникает при запрещённых резонансных переходах с уровней Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствев водороде, при этом излучается два фотона, и с Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеуровня в гелии и гелиеподобных ионах с испусканием также двух фотонов. Возбуждается же эти уровни в основном за счёт 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-альфы и уходят из среды, являясь основной причиной охлаждения горячей космической плазмы с Т= Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеК.

Обратное комптоновское рассеяние

Если рассеяние фотона с энергией Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствепроисходит на быстром электроне с энергией Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеважным становится передача энергии и импульса от электрона фотону. Лоренц-преобразование в системе электрона даёт энергию фотона Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве. Воспользуемся формулой эффекта Комптона и перейдём обратно получаем Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве. Видно, что низкочастотные кванты превращаются в кванты жёсткого излучения. Усредняя по углам скорость потерь энергии одного такого электрона в поле изотропного излучения получим

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

В случае теплового распределения электронов с концентрацией Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеи температурой T имеемЧто находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве= =3kT/m_e c^2 » border=»0″ />. Принимая Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве. Объёмное охлаждение такой среды составит:

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Комптоновское охлаждение обычно доминирует в высокоионизированной и сильно нагретой плазме вблизи источников рентгеновского излучения. Благодаря ему среда не может нагреться выше Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве. 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

Тепловая неустойчивость

Теперь, зная все элементарные процессы и механизмы охлаждения и нагрева мы можем записать уравнения теплового баланса в виде Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве. Запишем уравнение ионизационного баланса, необходимое чтобы узнать населённость уровней. Решая, получим равновесную температуру T(n). Учитывая то, что вещество в межзвёздной среде крайне разряжено, то есть представляет из себя идеальный газ, подчиняющийся уравнению Менделеева-Клапейрона, найдём 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(неустойчивость?) будет расширяться до установления равновесия при меньшей плотности, а при меньшем картина с точностью до наоборот. Это объясняет наблюдаемое динамическое равновесие разреженной межзвёздной среды и более плотных облаков межзвёздного газа.

В реальной же среде ситуация гораздо сложнее. Во-первых, существует магнитное поле, которое препятствует сжатию, если только оно не происходит вдоль линий поля. Во-вторых, межзвёздная среда находится в непрерывном движении и её 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 магнитогидродинамическая. И это без учётов всякого рода катаклизмов в виде вспышек сверхновых, приливных влияний, 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 запрещённых линиях. Запрещёнными называют линии, которые запрещены правилами отбора, то есть происходят с метастабильных уровней. Характерное время жизни электрона на этом уровне — от Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствес 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 заселённость энергетических уровней следует рассчитывать из баланса элементарных процессов возбуждения и деактивации.

Важнейшей запрещённой линией МЗС является радиолиния атомарного водорода 21 см. Эта линия возникает при переходе между подуровнями сверхтонкой структуры Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеуровня водорода, связанными с наличием спина у электрона и протона. Вероятность этого перехода Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве(То есть 1 раз в 11 млн лет). Возбуждение происходит благодаря столкновению нейтральных атомов водорода. Расчёт населённости уровней даёт Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве, Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве. При этом объёмный коэффициент излучения:

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Где Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве— профиль линии, а фактор 4π предполагает изотропное излучение.

Исследования радиолинии 21 см позволили установить, что нейтральный водород в галактике в основном заключён в очень тонком 400 пк толщиной слое около плоскости Галактики. В распределении HI отчётливо прослеживаются спиральные ветви 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 изменения потока через контур. На практике это означает, что мы можем считать поле постоянным пока облако сжимается, обращается и т. д.

Межзвездная пыль

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

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 нуклеосинтеза 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 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.

Солнце и межзвёздная среда

Межзвёздная среда в окрестностях Солнечной системы неоднородна. Наблюдения показывают, что Солнце движется со скоростью около 25 км/с сквозь Местное межзвёздное облако и может покинуть его в течение следующих 10 тысяч лет. Большую роль во взаимодействии Солнечной системы с межзвёздным веществом играет солнечный ветер.

Солнечный ветер это поток заряженных частиц (в основном водородной и гелиевой плазмы), с огромной скоростью истекающих из солнечной короны с нарастающей скоростью. Скорость солнечного ветра в гелиопаузе составляет примерно 450 км/с. Эта скорость превышает скорость звука в межзвездной среде. И если представить себе столкновение межзвездной среды и солнечного ветра как столкновение двух потоков, то при их взаимодействии возникнут ударные волны. А саму среду можно разделить на три области: область где есть только частицы МЗС, область где только частицы звездного ветра и область их взаимодействия.

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Взаимодействие с ионизованным газом

Граница ударной волны

Сначала солнечный ветер тормозится, становится более плотным, тёплым и турбулентным. Момент этого перехода называется границей ударной волны (termination shock) и находится на расстоянии около 85-95 а. е. от Солнца. (По данным, полученным с космических станций «Вояджер-1» и Вояджер-2, которые пересекли эту границу в декабре 2004 года и августе 2007.)

Гелиосфера и гелиопауза

Ещё приблизительно через 40 а. е. солнечный ветер сталкивается с межзвёздным веществом и окончательно останавливается. Эта граница, отделяющая межзвёздную среду от вещества Солнечной системы, называется гелиопаузой. По форме она похожа на пузырь, вытянутый в противоположную движению Солнца сторону. Область пространства, ограниченная гелиопаузой, называется гелиосферой.

Согласно данным аппаратов «Вояджер», гелиопауза с южной стороны оказалась ближе, чем с северной (73 и 85 астрономических единицы соответственно). Точные причины этого пока неизвестны; согласно первым предположениям, асимметричность гелиопаузы может быть вызвана действием сверхслабых магнитных полей в межзвёздном пространстве Галактики.

Головная ударная волна

По другую сторону гелиопаузы, на расстоянии порядка 230 а. е. от Солнца, вдоль головной ударной волны (bow shock) происходит торможение с космических скоростей налетающего на Солнечную систему межзвёздного вещества.

Взаимодействие с нейтральным водородом

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве

Взаимодействие нейтральной частицы среды носит куда более сложный характер. Во-первых, она (частица) может отдать свой электрон иону из солнечного ветра (эффект перезарядки), а, во-вторых, может пройти до Солнца, где на неё будет влиять сила притяжения и световое давление.

Те частицы межзвёздной среды, которым удалось проникнуть в межпланетную среду куда более интересны с точки зрения наблюдателя. Их не только можно наблюдать, но и получить информацию об:

Примечания

Литература

Бочкарев Н.Г. Основы физики межзвездной среды.. — ISBN 978-5-397-01034-4

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

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Температура КОхлаждение в линиях
Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве10^6″ border=»0″ />Рентгеновские линии Н и Не-подобных ионов тяжёлых элементов
2 10 4 — 10 6Резонансные УФ-линии Не и тяжёлых до Fe
Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеЛинии Н (в основном Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве)
Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеЗапрещённые линии тяжёлых элементов
Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеДалёкие ИК-линии при переходах между уровнями тонкой структуры основных термов
Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространствеМолекулярные уровни, в основном Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть фото Что находится в межзвездном пространстве. Смотреть картинку Что находится в межзвездном пространстве. Картинка про Что находится в межзвездном пространстве. Фото Что находится в межзвездном пространстве