Какими элементами богаты молекулярные облака доклад
Обновлено: 17.05.2024
Много лет молодые звезды наблюдаются по соседству с газопылевыми облаками или (в инфракрасном диапазоне) внутри них. Но только к середине 70-х годов стало ясно, что эти облака состоят в основном из молекулярного водорода. Непосредственно молекулы можно обнаружить лишь по линиям поглощения в далекой ультрафиолетовой части спектра горячих звезд, и на практике изучение молекулярных облаков ведется на длине волны 2,6 мм, на которой излучают молекулы СО, образующиеся при тех же условиях, что и молекулы Н2, на 5 порядков более многочисленные.
Эти условия – большая плотность межзвездного газа, достаточная для экранизации от разрушающего молекулы коротковолнового излучения горячих звезд. При суммарной плотности атомов и молекул водорода, превышающей 100 частиц на 1 см3, весь газ становится молекулярным. Частицы пыли способствуют и образованию молекул, и экранизации диссоциирующего их излучения, так что темные облака, поглощающие свет звезд, – это молекулярные облака.
Облака СО + Н2 можно наблюдать во всей Галактике, даже если они находятся на одном луче зрения. В этом случае помогает различие лучевых скоростей – молекулярные облака как крайние представители населения I вращаются по практически круговым орбитам и, зная кривую вращения Галактики, по долготе и лучевой скорости можно определить и расстояние до облака. Правда, для облаков, лежащих внутри орбиты Солнца, зависимость лучевой скорости от расстояния при данной долготе дает два решения, из которых обычно можно выбрать более вероятное, особенно если видны связанные с облаком молодые звезды.
Первые результаты наблюдений на длине волны 2,6 мм, охватывающих всю Галактику, были опубликованы в 1975 г, Сковилом и Соломоном, а также Бертоном и его сотрудниками. При этом выяснилось, что молекулярный водород сосредоточен в кольцеобразной зоне на расстояниях 0,4-0,8 (в долях расстояния Солнца) от центра Галактики – и в нем самом. Соломон и Сковил нашли, что общая масса Н2 в Галактике составляет (1-гЗ) 109 масс Солнца и что излучение приходит от облаков массой около 104 солнечных. Оценки полной массы не вполне точны, поскольку приходится опираться на соотношение численностей молекул СО и Н2, зависящее от содержания тяжелых элементов, доля которых нарастает к центру Галактики.
Молекулярное облако, иногда называемое также звёздная колыбель (в случае, если в нём рождаются звёзды), — тип межзвёздного облака, чья плотность и размер позволяют в нём образовываться молекулам, обычно водорода (H2).
Молекулярный водород трудно зарегистрировать при помощи инфракрасных или радио наблюдений, поэтому для определения наличия H2 используют другую молекулу CO (монооксид углерода). Соотношение между светимостью CO и массой H2, как полагают, остаётся постоянным, хотя есть причины сомневаться в правдивости этого в некоторых галактиках. [1]
Содержание
Наблюдения
В пределах нашей галактики количество молекулярного газа составляет менее одного процента объёма межзвёздной среды. В то же время это самая плотная ее составляющая, включающая примерно половину всей газовой массы в пределах галактической орбиты Солнца. Большая часть молекулярного газа содержится в молекулярном кольце между 3,5 и 7,5 килопарсек от центра галактики (Солнце находится в 8,5 килопарсек от центра). [2] Крупномасштабные карты распределения угарного газа в нашей галактике показывают, что положение этого газа коррелирует с её спиральным рукавами. [3] То, что молекулярный газ находится в основном в спиральных рукавах не согласуется с тем, что молекулярные облака должны формироваться и распадаться в короткий промежуток времени — меньше 10 миллионов лет — времени, которое требуется для вещества, чтобы пройти через область рукава. [4]
Если брать вертикальное сечение, молекулярный газ занимает узкую среднюю плоскость галактического диска с характерной шкалой высот, Z, приблизительно 50—75 парсек, много тоньше чем тёплый атомный (Z=130—400 пк) и тёплый ионизированный (Z=1000 пк) газовые компоненты межзвёздной среды. [5] Области H II являются исключениями для ионизированного газового распределения, поскольку сами представляют собой пузыри горячего ионизированного газа, созданного в молекулярных облаках интенсивной радиацией, испущенной молодыми массивными звездами и поэтому у них приблизительно такое же вертикальное распределение как у молекулярного газа.
Это гладкое распределение молекулярного газа усреднено по большим расстояниям, однако мелкомасштабное распределение газа очень нерегулярно и большей частью он сконцентрирован в дискретных облаках и комплексах облаков. [2]
Типы молекулярных облаков
Гигантские молекулярные облака
Обширные области молекулярного газа с массами 10 4 —10 6 солнечных масс называется гигантскими молекулярными облаками (ГМО). Облака могут достигнуть десятков парсек в диаметре и иметь среднюю плотность 10²—10³ частиц в кубическом сантиметре (средняя плотность вблизи Солнца — одна частица в кубическом сантиметре). Подструктура в пределах этих облаков состоит из сложных переплетений нитей, листов, пузырей, и нерегулярных глыб. [4]
ГМО настолько огромны, что локально они могут закрывать значительную часть созвездия, в связи с чем на них ссылаются с упоминанием этого созвездия, например, Облако Ориона или Облако Тельца. Эти локальные ГМО выстраиваются в кольцо вокруг солнца, называемого поясом Гулда. [7] Самая массивная коллекция молекулярных облаков в галактике, комплекс Стрелец B2, формирует кольцо вокруг галактического центра в радиусе 120 парсек. Область созвездия Стрельца богата химическими элементами и часто используется астрономами, ищущими новые молекулы в межзвёздном пространстве, как образец. [8]
Маленькие молекулярные облака
Изолированные гравитационно связанные маленькие молекулярные облака с массами меньше чем несколько сотен масс Солнца называют глобулой Бока. Самые плотные части маленьких молекулярных облаков эквивалентны молекулярным ядрам, найденным в гигантских молекулярных облаках и часто включаются в те же самые исследования.
Высокоширотные диффузные молекулярные облака
В 1984 году IRAS идентифицировал новый тип диффузного молекулярного облака. [9] Они были диффузными волокнистыми облаками, которые видимы при высокой галактической широте (выглядывающий из плоскости галактического диска). У этих облаков была типичная плотность 30 частиц в кубическом сантиметре. [10]
См. также
Примечания
Молекулярное облако • Глобула • Молодые объекты • Объект Хербига — Аро • Трек Хаяши • Предел Хаяси • Трек Хеньи • Орионовы переменные (Типа T Тельца • Фуоры) • Звёзды Хербига (Ae/Be)
Через несколько миллионов лет свет ярких звезд выкипит это молекулярное облако газа и пыли. Облако оторвалось от Туманность Киля. Рядом видны недавно образовавшиеся звезды, их изображения окрашены в красный цвет из-за синего света, который преимущественно рассеивается всепроникающей пылью. Это изображение имеет размер около двух световых лет и было сделано Космический телескоп Хаббла в 1999 году.
А молекулярное облако, иногда называемый звездный питомник (если звездообразование происходит внутри), это тип межзвездное облако, плотность и размер которых допускают образование молекул, чаще всего молекулярный водород (ЧАС2). Это контрастирует с другими областями межзвездной среды, которые содержат преимущественно ионизированный газ.
Молекулярный водород трудно обнаружить с помощью инфракрасных и радионаблюдений, поэтому молекула чаще всего используется для определения присутствия H2 является монооксид углерода (CO). Соотношение CO яркость и H2 масса считается постоянным, хотя есть основания сомневаться в этом предположении при наблюдениях некоторых других галактики. [1]
Внутри молекулярных облаков есть области с более высокой плотностью, где находится много пыли и много газовых ядер, называемых сгустками. Эти сгустки являются началом звездообразования, если гравитационные силы достаточны для коллапса пыли и газа. [2]
Содержание
Вхождение
В рамках Млечный Путь, молекулярные газовые облака составляют менее одного процента объема межзвездная среда (ISM), но это также самая плотная часть среды, составляющая примерно половину общей массы газа внутри солнцеГалактическая орбита. Основная масса молекулярного газа содержится в кольце от 3,5 до 7,5. килопарсек (11 000 и 24 000 световых лет) от центра Млечного Пути (Солнце находится примерно в 8,5 килопарсек от центра). [3] Крупномасштабные карты галактики на основе CO показывают, что положение этого газа коррелирует со спиральными рукавами галактики. [4] То, что молекулярный газ находится преимущественно в спиральных рукавах, предполагает, что молекулярные облака должны формироваться и диссоциировать в масштабе времени короче 10 миллионов лет - времени, которое требуется материалу, чтобы пройти через область рукава. [5]
Вертикально к плоскости галактики молекулярный газ обитает в узкой средней плоскости галактического диска с характерной высота шкалы, Zпримерно от 50 до 75 парсек, что намного тоньше, чем теплый атомный (Z от 130 до 400 парсек) и теплый ионизированный (Z около 1000 парсек) газообразный компоненты ISM. [7] Исключением для распределения ионизированного газа являются H II регионы, которые представляют собой пузырьки горячего ионизированного газа, образованные в молекулярных облаках интенсивным излучением, испускаемым молодые массивные звезды и как таковые они имеют примерно такое же вертикальное распределение, как и молекулярный газ.
Это распределение молекулярного газа усредняется на больших расстояниях; однако мелкомасштабное распределение газа очень неравномерно, большая его часть сосредоточена в дискретных облаках и облачных комплексах. [3]
Типы молекулярного облака
Гигантские молекулярные облака
Огромное скопление молекулярного газа, масса которого более чем в 10 тысяч раз превышает массу Солнца. [9] называется гигантское молекулярное облако (GMC). GMC составляют от 15 до 600 световых лет в диаметре (от 5 до 200 парсек) и имеют типичную массу от 10 тысяч до 10 миллионов солнечных масс. [10] В то время как средняя плотность в окрестностях Солнца составляет одну частицу на кубический сантиметр, средняя плотность GMC в сотни или тысячи раз больше. Хотя Солнце намного плотнее, чем GMC, объем GMC настолько велик, что он содержит намного больше массы, чем Солнце. Подструктура GMC представляет собой сложный узор из нитей, листов, пузырьков и нерегулярных комков. [5]
Небольшие молекулярные облака
Изолированные гравитационно-связанные небольшие молекулярные облака с массой в несколько сотен раз больше массы Солнца, называются Глобулы Бока. Самые плотные части небольших молекулярных облаков эквивалентны молекулярным ядрам, обнаруженным в GMC, и часто включаются в одни и те же исследования.
Рассеянные молекулярные облака в высоких широтах
В 1984 г. IRAS идентифицировали новый тип диффузного молекулярного облака. [15] Это были диффузные нитевидные облака, видимые с большой высоты. галактические широты. Эти облака имеют типичную плотность 30 частиц на кубический сантиметр. [16]
Процессы
Молодые звезды в молекулярном облаке и вокруг него Цефей Б. Излучение одной яркой массивной звезды разрушает облако (сверху вниз на этом изображении), одновременно запуск образование новых звезд. [17]
Звездообразование
Физика
В Змеи Юг звездное скопление заключено в нитевидное молекулярное облако, видимое как темная лента, проходящая вертикально через скопление. Это облако служило испытательной площадкой для исследований стабильности молекулярного облака. [18]
Физика молекулярных облаков плохо изучена и активно обсуждается. Их внутренние движения регулируются турбулентность в холоде, намагниченный газ, для которого турбулентные движения сильно сверхзвуковой но сравнимо со скоростью магнитных возмущений. Считается, что в этом состоянии происходит быстрая потеря энергии, требующая либо полного коллапса, либо постоянного повторного впрыска энергии. В то же время известно, что облака разрушаются каким-то процессом - скорее всего, эффектом массивных звезд - до того, как значительная часть их массы становится звездами.
Молекулярные облака, и особенно GMC, часто являются домом для астрономические мазеры.
Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) показали двойственную роль фотохимических процессов в образовании сложных органических молекул в специфических условиях межзвездной среды.
С одной стороны, интенсивное ультрафиолетовое излучение массивных звезд агрессивно разрушает многоатомные молекулы, тем самым предотвращая развитие сложной органической химии в объектах, которые не защищены от излучения. С другой стороны, слабое вторичное ультрафиолетовое излучение стимулирует синтез относительно сложных органических молекул в тех областях межзвездной среды, которые экранированы космической пылью.
Также космическая пыль выступает в роли катализатора для химических реакций, приводящих к образованию сложных молекул. Таким образом, твердая фаза межзвездной среды, состоящая в основном из углеродных и силикатных соединений, оказалась не только уникальным астрохимическим реактором для фотосинтеза органических соединений, но и местом, где эти соединения выживают в суровых условиях.
Химические процессы, протекающие в космосе, изучены не очень хорошо. Первые теоретические работы, авторы которых предполагали, что в космосе есть химические элементы, появились в 1950-е годы. До 1960-х считалось, что в газовой фазе межзвездной среды могут существовать только простые молекулы (в основном двух- и трехатомные): Н2, CO, НСО+ и другие. Предполагалось, что образование более сложных молекул в космосе неэффективно из-за господствующих там низких температур, плотностей и жесткого УФ-излучения.
Раньше лабораторные исследования проводили преимущественно в зарубежных университетах. А сегодня, например, ученые МГУ проводят эксперименты по взаимодействию ультрафиолетового излучения и аналогов межзвездных льдов: исследуют протекание химических реакций льда под воздействием ультрафиолета. Астрономы УрФУ также создают лабораторию астрохимических исследований, на которую получили поддержку Минобрнауки России. Одна из активно разрабатываемых сложных астрохимических моделей (MONACO), которая появилась в лаборатории астрохимии и внеземной физики УрФУ, широко используется российскими и зарубежными исследователями. На сегодня ученые во всем мире обнаружили более 200 органических и неорганических молекул — как двухатомных, так и многоатомных (состоят из более чем 12 атомов), а также радикалы, ионы, фуллерены. В молекулярных облаках нашли молекулы метанола, этанола, диметилового эфира, метилформиата, уксусной кислоты, гликолевого альдегида, этиленгликоля, формамида, аминоацетонитрила и других.
Обнаружение в межзвездной среде сложных органических и неорганических молекул еще несколько десятилетий назад казалось фантастикой. Сегодня оборудование позволяет проводить исследования — наблюдение в космосе и опыты в лабораториях. Вместе с тем, у ученых до сих пор нет полного понимания механизма образования органического вещества в космосе и того, как оно эволюционирует со временем (какие максимально сложные соединения могут сформироваться в межзвездной среде).
Это одна из современных фундаментальных задач, решение которой позволит понять, как изменяется химический состав Вселенной и эволюционируют биологически важные соединения в Солнечной системе.
Через несколько миллионов лет свет ярких звезд рассеет (за счет тепловой инфляции) это молекулярное облако газа и пыли. Это облако происходит из туманности Киля . Вблизи видны новорожденные звезды, их изображение становится краснее из-за дифракции синего света, дифракции вызванной окружающей пылью. Это изображение размером два световых года было получено телескопом Хаббл в 1999 году.
В астрономии , молекулярные облака являются межзвездные туманности , которые имеют достаточной плотности и размера , чтобы позволить образование молекулярного водорода , H 2 . Однако его трудно обнаружить, и наиболее распространенный способ проследить молекулы H 2 - это использование окиси углерода CO. Действительно, соотношение между светимостью CO и массой H 2 почти постоянно. Однако использование CO в качестве невидимого в противном случае индикатора H 2 по- прежнему вызывает множество фундаментальных вопросов, в том числе как связать эволюцию молекулярного облака с эволюцией галактики в целом.
Резюме
Млечный Путь
В Млечном Пути молекулярные облака составляют примерно половину общей массы газа в области на орбите Солнца , что делает их важным компонентом галактического диска . Каталоги облаков показывают, что большая часть молекулярной массы сосредоточена в самом массивном объекте, который имеет несколько миллионов солнечных масс .
Они расположены в плоскости примерно 50-75 парсек , что намного тоньше, чем другие газовые компоненты, такие как атомарный и ионизированный водород. Считается, что они в основном находятся в спиральных рукавах, но это трудно проверить в нашей галактике из-за сложности оценки расстояний и в других галактиках, потому что наблюдения с высоким разрешением (которые могут четко показать спиральные рукава) не чувствительны. к однородному фону эмиссии CO.
Процесс
Рождение звезд
Насколько нам известно, в современной Вселенной создание звезд происходит исключительно в молекулярных облаках. Это нормальное следствие их низких температур, относительно высокой плотности и наблюдения, что большие облака, в которых образуются звезды, сильно ограничены их собственной гравитацией (например, звезды, планеты и галактики), а не внешним давлением (например, облака в небе). ). Доказательство исходит из того факта, что скорости турбулентности, определяемые шириной линий CO, изменяются так же, как их орбитальная скорость (см. Теорему вириала ).
Физический
Физика молекулярных облаков плохо изучена и активно обсуждается. Их внутренние движения регулируются турбулентностью в холодном намагниченном газе, в котором скорость турбулентности сильно сверхзвуковая, но сравнима со скоростью магнитных возмущений. Это состояние быстро теряет свою энергию , требуя либо глобального коллапса, либо регулярной реинжекции энергии. В то же время известно, что эти облака возмущены каким-то процессом, скорее всего, эффектами ближайших массивных звезд, прежде чем значительная часть их массы станет звездами.
Органическая химия
Читайте также: