Межзвездная среда
-
Межзвездная среда (ISM)
- Вещество и излучение между звездными системами в галактике
- Включает газ, пыль и космические лучи
- Заполняет межзвездное пространство и сливается с межгалактическим пространством
-
Состав и свойства ISM
- Состоит из водорода, гелия, углерода, кислорода и азота
- Тепловые давления фаз находятся в равновесии
- Магнитные поля и турбулентность создают давление
-
Фазы ISM
- Холодная плотная фаза (T < 300 К)
- Теплая межоблачковая фаза (T ~ 104 К)
- Очень горячая фаза (T ~ 106 К)
-
Роль ISM в астрофизике
- Звезды формируются в плотных областях ISM
- Взаимодействие между звездами и ISM определяет скорость истощения газа
-
Исследование ISM
- «Вояджер-1» достиг ISM в 2012 году
- «Вояджер-2» достиг ISM в 2018 году
-
Модели ISM
- Трехфазная модель Филда, Голдсмита и Хабинга
- Модель Макки и Острикера с добавлением очень горячей фазы
-
Физика фаз ISM
- Различные фазы соответствуют равновесию давления
- Горячие области имеют низкую плотность частиц
- OB-звезды ионизируют газ, создавая фронт ионизации
-
ISM в разных типах галактик
- В спиральных галактиках ISM сосредоточен в диске
- В эллиптических галактиках ISM почти полностью в корональной фазе
-
Структура и свойства ISM
- ISM в эллиптических галактиках имеет признаки дискового компонента.
- Линзовидные галактики занимают промежуточное положение между спиральными и эллиптическими.
- ISM сильно видоизменяется центральной сверхмассивной черной дырой.
-
Турбулентность и магнитное поле
- ISM турбулентен, с квазислучайными движениями газа.
- Сверхзвуковые столкновения вызывают ударные волны и сложную структуру плотности и температуры.
- Магнитное поле создает альфвеновские волны, ускоряющие турбулентность.
-
Взаимодействие звезд и ISM
- Звезды рождаются в молекулярных облаках и взаимодействуют с ISM.
- Звездные ветры и ударные волны создают гиперзвуковую турбулентность.
- Звезды и планеты не подвержены турбулентным движениям, но участвуют в орбитальном движении.
-
Межзвездное вымирание
- Пылинки в ISM вызывают угасание и покраснение звезд.
- Видимые трещины в Млечном Пути вызваны поглощением света пылью.
- Карта структур ISM создана до 3 кпк от Солнца.
-
Поглощение и ионизация
- Нейтральный водород сильно поглощает ультрафиолетовый свет.
- ISM прозрачен в мягких рентгеновских лучах.
- ISM далек от термодинамического равновесия, с различными механизмами нагрева и охлаждения.
-
Наблюдения за ISM
- ISM заметен в различных диапазонах электромагнитного спектра.
- Ионизированный газ излучает в широком диапазоне энергий.
- Молекулярные облака обнаруживаются по спектральным линиям малых молекул.
-
Темный газ и межзвездная пыль
- Темный газ не испускает 21-сантиметровую линию из-за расщепления молекул CO.
- Межзвездная пыль повторно излучает энергию в дальнем инфракрасном диапазоне.
- Мелкие частицы, такие как ПАУ, излучают спектральные линии в среднем инфракрасном диапазоне.
-
Космические лучи и радиоволны
- Космические лучи генерируют гамма-кванты при столкновении с атомными ядрами.
- Электроны космических лучей сталкиваются с фотонами и повышают их энергию.
- Магнитное поле галактики генерирует синхротронное излучение.
-
Распространение радиоволн
- Радиоволны ниже 0,1 МГц не распространяются через ISM.
- На высоких частотах плазма имеет показатель преломления, зависящий от плотности свободных электронов.
- Межзвездное мерцание увеличивает видимый размер удаленных радиоисточников.
- Дисперсия и вращение Фарадея влияют на распространение радиоволн.
-
Поглощение радиоволн
- Наиболее интенсивные спектральные линии могут стать непрозрачными.
- Плотные ионизированные области излучают фотоны через тепловое тормозное излучение.
- Ультракомпактные области H II могут становиться оптически толстыми на сантиметровых длинах волн.
-
История освоения межзвездного пространства
- Слово «интерстеллар» введено Фрэнсисом Бэконом.
- В 19 веке обсуждались теории о межзвездном пространстве.
- Уильям Хаггинс определил, что туманности состоят из газа.
- Эдвард Барнард обнаружил темные туманности.
- Йоханнес Хартманн обнаружил межзвездный газ в 1904 году.
- Слайфер подтвердил межзвездный газ и пыль в 1909 и 1912 годах.
- Мэри Леа Хегер обнаружила межзвездный натрий в 1919 году.
- Виктор Амбарцумян представил представление о межзвездных облаках.
- Билс выявил двойные и асимметричные профили линий поглощения.
- Пикеринг и Биркеланд предположили наличие межзвездного вещества.
- Торндайк отметил, что межзвездное пространство не может быть абсолютно пустым.
-
Полярные сияния и заряженные частицы
- Земные полярные сияния могут быть вызваны заряженными частицами, испускаемыми Солнцем
- В галактике не может существовать абсолютного вакуума, если миллионы звезд также выбрасывают ионы
-
Преобразование ПАУ в межзвездной среде
- Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) преобразуются в более сложные органические соединения под воздействием межзвездной среды
- Эти преобразования могут быть шагом к аминокислотам и нуклеотидам, необходимым для белков и ДНК
- ПАУ теряют свою спектроскопическую сигнатуру, что затрудняет их обнаружение в межзвездном льду
-
Обновление базы данных ПАУ
- В 2014 году НАСА обновило базу данных для отслеживания ПАУ во Вселенной
- Более 20% углерода во Вселенной может быть связано с ПАУ, возможными исходными материалами для жизни
- ПАУ образовались вскоре после Большого взрыва и связаны с новыми звездами и экзопланетами
-
Обнаружение бакминстерфуллерена
- В 2019 году ученые с помощью телескопа «Хаббл» обнаружили крупные и сложные ионизированные молекулы бакминстерфуллерена (C60) в межзвездных пространствах
-
Наличие воды в межзвездной среде
- В 2020 году были представлены доказательства наличия воды в твердом состоянии в межзвездной среде
- Вода смешана с силикатными частицами в космической пыли