Яке воно, міжзоряний речовина?
Якщо розглядати Всесвіт у потужні телескопи, то можна подумати, що весь простір між скупченнями зірок і туманностей - це суцільна порожнеча. Насправді ж все далеко не так, як може здатися. У міжзоряному просторі речовину все-таки є.
І довів це на початку минулого століття швейцарський астроном Роберт Трюмплер, який відкрив ослаблення світлового потоку від зірок до Землі. При цьому, як з'ясувалося пізніше, світло по шляху до земного спостерігача від блакитних зірок втрачається інтенсивніше, ніж від червоних.
Швейцарський астроном Роберт Трюмплер, який відкрив ослаблення світлового потоку від зірок до Землі
Подальше вивчення міжзоряного речовини показало, що в просторі воно розподілено у вигляді рваної тканини, тобто має клоччасту структуру, і зібрано в ці згустки поблизу від Чумацького Шляху.
Складається міжзоряний речовина з мікроскопічних пилинок, фізичні властивості яких до теперішнього часу досить добре вивчені.
Крім дрібних пилинок, в міжзоряному просторі знаходиться величезна кількість невидимого холодного газу. Як показують розрахунки, його маса майже в сотню разів більше маси пилинок.
Як же астрономи встановили, що в міжзоряному просторі присутній цей газ? Допомогли в цьому атоми водню, що випромінюють радіохвилі довжиною 21 сантиметр. А радіотелескопи це випромінювання зафіксували. В результаті були відкриті величезної довжини хмари атомарного водню.
Що ж вони собою являють? По-перше, вони дуже холодні: їх температура близько 200 градусів Цельсія. По-друге, у них дивно мала щільність: кілька десятків атомів в кубічному сантиметрі простору. По суті, для жителя Землі - це глибокий вакуум. Розміри цих хмар - від 10 до 100 парсек (пк), в той же час середня відстань між зірками дорівнює 1 парсек. А 1 парсек дорівнює 206265 а. е. або 3263 світловим рокам.
В ході подальших досліджень водневих хмар були відкриті області молекулярного водню, які холодніше і в сотні і тисячі разів щільніше хмар, що складаються з атомарного водню. А тому вони практично непрозорі для видимого світла. І хоча за розмірами вони такі ж, як і атомарні хмари, але саме в них сконцентрована основна маса холодного міжзоряного газу і пилу. І досягати вона може сотень тисяч і навіть мільйонів мас Сонця.
Крім молекул водню, в цих хмарах в незначних кількостях присутні і більш складні молекулярні сполуки, в тому числі і прості органічні речовини.
Доведено, що певні області міжзоряної речовини мають дуже високу температуру і тому випромінюють як ультрафіолетові, так і рентгенівські промені.
Саме рентгенівське випромінювання характерно для самого гарячого так званого корональної газу. Його температура досягає мільйона градусів. Щільність ж корональної газу неймовірно низька: приблизно один атом речовини на кубічний дециметр простору.
З'являється ж цей газ при потужних вибухи наднових зірок. В ході цього процесу в космічному просторі народжується ударна хвиля величезної сили, яка і нагріває газ до температури, при якій він «світиться» рентгенівським випромінюванням.
Слід зазначити, що виряджені хмари мають також незначні за потужністю магнітні поля, які переміщаються разом з ними. І хоча ці поля приблизно в 100 тисяч разів слабкіше магнітного поля Землі, проте завдяки їм відбувається утворення найбільш щільних і холодних хмар газу, з яких формуються зірки.
Крім простих і складних молекул, в міжзоряному просторі знаходиться і величезна кількість дрібних пилинок, що мають розміри всього близько однієї стотисячної частки сантиметра.
Щільність пилинок в міжзоряному просторі дуже і дуже мала. Наскільки незначна ця цифра, каже наступне порівняння: якщо в околицях Сонця в одному кубічному сантиметрі простору знаходиться в середньому один атом газу, то одна порошинка доводиться на сто мільярдів атомів! І відділені ці мікроскопічні частинки один від одного відстанню в кілька десятків метрів.
Відносна маса пилу в міжзоряному просторі Галактики теж незначна і становить усього один відсоток від маси газу і одну десятитисячний частку маси Галактики. Однак і цього пилу вистачає, щоб значно послабити світло.
Міжзоряні порошинки, як показали дослідження, не просто однорідна маса: в їх складі були виявлені сполуки вуглецю, кремнію, замерзлі гази, водяна крига, а також найпростіші органічні молекули.
В цілому ж в ході численних порівняльних спостережень було встановлено, що міжзоряний пил представлена двома видами частинок: вуглецевими і силікатними, тобто містять сполуки кремнію.
Як же вчені вивчають космічний пил? У цьому їм допомагає поляризація світла. Від кожної зірки в космічний простір зазвичай поширюються хвилі у всіх напрямках. І коли на шляху світлового потоку з'являється сферична порошинка, все хвилі вона поглинає однаково.
Коли ж порошинка має подовжену форму, тобто витягнута уздовж осі, то хвилі, паралельні цієї осі, поглинаються сильнішими, ніж падаючі на поверхню порошинки перпендикулярно. Інакше кажучи, випромінювання стає поляризованим. І як раз-то ступінь поляризації світла, що виходить від зірок, і дає інформацію про розміри і форму порошинок.
Розміри ж пилинок варіюють в досить широких межах: від однієї мільйонної до однієї десятитисячної частки сантиметра. Але все-таки в загальній масі переважають дрібні пилинки.
Обидва типи пилинок, тобто графітові і силікатні, формуються в зовнішніх оболонках старих холодних зірок.
Коли зірка старіє, вона поступово втрачає і вага. А газоподібна речовина, яка покидає зірку, з відстанню остигає. І коли його температура стає менше температури плавлення речовини, що становить порошинку, молекули газу починають «об'єднуватися» в мініатюрні «грудки», утворюючи зародки пилинок.
У перший час життя частинка збільшується в розмірах дуже повільно. Але коли температура починає падати, зростання порошинки прискорюється. Триває цей процес її «розвитку» кілька десятиліть. А коли газ досягає високого ступеня розрідження, зростання частинок припиняється.
Часто порошинки укупі з газом концентруються в хмари, щільність речовини в яких іноді в мільйони разів вище навколишнього простору.
«Юна» порошинка має порівняно просту будову. У зв'язку з тим, що оточує порошинку простір особливою різноманітністю не відрізняється, її хімічний склад і будова теж відносно примітивні.
Так, хімія мікроскопічної частинки безпосередньо визначається тим елементом, який превалював у оболонці зірки, тобто киснем або вуглецем. Пов'язано це з тим, що в процесі охолодження речовини, «покинув» зірку, вуглець і кисень з'єднуються в міцні молекули окису вуглецю.
Так ось, коли після цього залишаються надлишки вуглецю, формуються графітові частки. І навпаки, якщо весь вуглець виявиться в окису вуглецю, то надлишковий кисень з'єднається з кремнієм, і в результаті з'являться силікатні пилинки. Це, можна сказати, моногамні частки, тобто складаються з однорідного речовини, які формуються в дуже розрідженому просторі.
Але коли щільність міжзоряного газу досягає тисяч атомів на кубічний сантиметр, порошинки поводяться вже зовсім по-іншому: на їх поверхні з'являється оболонка з легкоплавких з'єднань, які представлені найчастіше замерзлою водою, формальдегідом і аміаком. Тобто інакше кажучи, порошинка «одягається» в крижану кірку.
Але оскільки цей «лід» сам по собі досить крихкий, то при зовнішньому випромінюванні і взаємних зіткненнях пилинок він перетворюється в більш стійкі органічні сполуки, що утворюють навколо частки особливу плівку.
І третій тип пилинок з'являється в настільки щільних молекулярних хмарах, що зоряне випромінювання туди вже не може проникнути. А раз так, то і лід на поверхні пилинок не руйнується. У цьому випадку вони складаються з трьох шарів: ядра, шару з органічних сполук і крижаної кірки.
Існує гіпотеза, згідно з якою такі частинки, сконденсованих в величезні грудки, формують ядра комет-реліктів, які утворилися ще тоді, коли Сонячна система була щільне непрозоре хмара ...
Поділіться на сторінці