Запрос:

Установить плагин

Рекомендую
0 0

Газовая материя в Галактике.


Газ в межзвездном пространстве.

Существование газа в межзвездном пространстве впервые было обнаружено по присутствию в спектрах звезд линий поглощения, вызываемых межзвездным кальцием и межзвездным натрием. Эти линии не могут образовываться в атмосферах самих звезд, так как они одинаковы для всех звезд, тогда как другие линии могут быть сильнее, слабее или вовсе отсутствовать в зависимости от температуры звезды. Кроме того, лучевая скорость определенная по линиям межзвездного кальция и натрия, существенно отлична от лучевой скорости получаемой по линиям спектра принадлежащих звезде.
После кальция и натрия было установлено присутствие кислорода, калия, титана и других элементов, а также некоторых молекулярных соединений (циана CN, углеводорода СН и некоторых других).
Плотность межзвездного газа можно определить по интенсивности его линий. Она очень мала. Плотность межзвездного натрия, например, вблизи плоскости Галактики (где он наиболее плотен) соответствует одному атому на 10 000 см³ пространства. Для сравнения: в 1 см³ воздуха (в нормальных условиях вблизи поверхности Земли) содержится 2,7 х 1019 молекул.

Водород в межзвездном пространстве.

Межзвездный водород долго не удавалось обнаружить, хотя в звездах это самый обильный газ. Это объясняется особенностями физического строения атома водорода и характером поля излучения в Галактике.
В условиях очень малой плотности вещества и чрезвычайно низкой плотности излучения (за исключением центра Галактики) вероятность поглощения светового кванта атомами межзвездного газа довольно мала, но время от времени такие случаи все же происходят. Если энергия кванта велика, то атом ионизируется, теряет электрон и в этом состоянии находится долго, так как плотность материи мала и мало свободных электронов, с одним из которых можно было бы вновь составить нейтральный атом.
Если поглощенный квант имел небольшую энергию, то атом не ионизируется, а возбуждается, электрон переходит на другую орбиту. В возбужденном состоянии атом может оставаться лишь малую долю секунды, после чего возвращается в основное (обычное) состояние, излучив квант той же частоты, что и поглотил.
Поэтому практически все атомы межзвездного газа находятся либо в основном нейтральном, невозбужденном состоянии, либо в ионизированном состоянии. Число атомов, находящихся в какой-нибудь момент времени в возбужденном состоянии, крайне мало.
Атомы нейтрального водорода, чтобы перейти в возбужденное состояние, поглощают квант весьма высокой частоты. При этом образуется линия поглощения. Эта линия лежит в далекой ультрафиолетовой области спектра, которая при наблюдении с Земли полностью поглощается земной атмосферой. Эти линии поглощения были обнаружены при внеатмосферных наблюдениях. Ионизированный водород неспособен поглощать излучение, так как ион водорода состоит из одного протона без электронов. Возбужденных атомов нейтрального водорода в межзвездном пространстве чрезвычайно мало. Чтобы перейти в еще более высокое возбужденное состояние, уже возбужденный атом водорода поглощает квант не очень высокой энергии, с частотой, соответствующей видимой области спектра, где и образуются линии поглощения. В атмосферах звезд возбужденных атомов много, так как там высока плотность излучения, поэтому он дает четко наблюдаемые линии. Межзвездный водород таким образом практически невозможно обнаружить. Тем не менее обнаружить его удалось, но не по линиям поглощения, а по светлым (эмиссионным) линиям.
Если спектрограф навести на лишенный звезд участок неба, то можно обнаружить на темном фоне эмиссионные линии водорода. Ионы водорода, встречаясь со свободными электронами и объединяясь с ними, должны в момент соединения излучать такой квант света, какой нужно было поглотить при ионизации. При объединении атом может оказаться в высоком возбужденном состоянии, после чего он переходит в основное состояние, причем не обязательно сразу, а может спускаться к нему каскадом проходя через несколько промежуточных менее высоко возбужденных состояниях, излучая при этом несколько квантов, в том числе и в видимой части спектра.
Измерение интенсивности линий межзвездного водорода подтвердило, что и в межзвездном пространстве водород самый распространенный газ, число его атомов приблизительно в тысячу раз больше атомов всех остальных элементов, вместе взятых.

Распределение межзвездного газа в Галактике.

Близ плоскости Галактики один атом водорода приходится на 2 - 3 см³ пространства. Это значит, что плотность всей газовой материи около плоскости Галактики составляет 5 - 8 х 10-25 г/см³, масса газа других элементов ничтожно мала.
Распределен межзвездный газ неравномерно, местами образуя облака с плотностью в десятки раз выше средней, а местами создавая разрежения. При удалении от плоскости Галактики средняя плотность межзвездного газа быстро падает. Общая масса межзвездного газа в Галактике составляет 0,01 - 0,02 общей массы всех звезд.
Звезды - горячие гиганты, излучающие большое количество ультрафиолетовых квантов, ионизируют весь межзвездный водород в значительной области вокруг себя. При плотностях межзвездного водорода 2 - 0,5 атомов на кубический сантиметр около звезды спектрального класса О весь водород ионизирован внутри сферы радиусом 30 - 100 пс. Около звезды В1 радиус зоны ионизации составляет 10 - 30 пс, около звезды В2 - 4 - 12 пс и т. д. Радиус зоны ионизации быстро уменьшается при переходе к более поздним спектральным классам и уже для звезд А0 он составляет малую долю парсека. Вне зон ионизации почти весь водород находится в нейтральном состоянии.
Таким образом все пространство Галактики можно поделить на зоны, где водород не ионизирован (зоны Н I), и зоны ионизированного водорода (зоны Н II). Границы между зонами резкие. В тех случаях, когда звезды - горячие гиганты расположены близко друг к другу, зоны Н II около этих звезд сливаются в одну общую зону ионизированного водорода.
Зоны Н II излучают эмиссионные линии водорода, образующиеся при переходах атома после соединения иона со свободным электроном из высоких возбужденных состояний в более низкие. Наиболее интенсивной из наблюдаемых линий оказывается линия На с длиной волны 6563 Å, возникающая при переходе атома из второго возбужденного состояния в первое возбужденное состояние. Эта линия расположена в красной части спектра.
Общий объем областей Н II в Галактике приблизительно в 10 раз меньше объема областей нейтрального водорода.
Кроме того нейтральный водород излучает эмиссионную линию с длиной волны 21 см. Это низкочастотное радиоизлучение вызывается тем, что невозбужденный нейтральный водород может находиться в двух энергетически близких состояниях, отличающихся друг от друга совпадением или несовпадением ориентаций магнитных полей протона и электрона, образующих атом водорода. Переходы с более высокого из этих уровней (магнитные моменты антипараллельны) на другой (магнитные моменты параллельны), время от времени происходящие то с одним атомом, то с другим, сопровождаются излучением квантов с длиной волны 21 см. Хотя каждый атом излучает такой квант очень редко, большое число нейтральных атомов водорода, находящихся на луче зрения (особенно в направлениях близких к галактическому экватору), обеспечивает достаточную для наблюдений в радиотелескопы умеренных размеров интенсивность линии.

Рекомендации Друзья