Межзвездная среда

Пространство между звездами не является пустым, оно заполнено веществом, поглощающим свет, которое имеет клочковатую структуру и концентрируется к Млечному Пути. Сильнее всего поглощаются синие лучи.

Фрагмент изображения космической области, составленного из снимков, полученных телескопом «Хаббл» с 2003 по 2004 г. (Hubble Ultra-Deep Field). Снимки были сделаны с общей выдержкой почти миллион секунд (11,3 суток). Это типичная картина, показывающая галактики разных типов, разделенные глубоким вакуумом. Принимая во внимание тот факт, что скорость света конечна, это изображение иллюстрирует последние 13 миллиардов лет истории космического пространства

Основным компонентом межзвездной среды является газ, состоящий из атомов и молекул. Он перемешан с пылью и пронизывается космическими лучами и электромагнитным излучением, которые также можно считать составляющими межзвездной среды. Кроме того, межзвездная среда оказалась слегка намагниченной. Ее магнитное поле примерно в 100 тыс. раз слабее магнитного поля Земли и вытянуто вдоль спиральных рукавов. По массе межзвездного газа почти в сто раз больше, чем пыли. Его химический состав близок к составу Солнца. Около 70% массы приходится на водород, около 28% — на гелий, а остальные 2% — на более тяжелые элементы.

В области горячей и теплой межзвездной среды погружены более холодные межзвездные облака, состоящие в основном из атомарного водорода. Они занимают лишь около 1% объема Галактики, но при этом на их долю приходится гигантская масса межзвездного газа — несколько миллиардов солнечных масс. Сравнимое количество газа находится и в холодных гигантских облаках молекулярного газа. В одном молекулярном облаке может содержаться масса вещества, достигающая сотен тысяч и даже миллионов масс Солнца.

Межзвездный газ очень неоднороден по плотности и температуре. Почти половину объема галактического диска занимает корональный газ, названный так по аналогии с разогретым газом солнечной короны. Он отличается очень низкой плотностью (примерно 1 атом на 1 дм³ пространства) и высокой температурой (около миллиона градусов). Главный компонент коронального газа — ионизованный водород. Значительную долю объема диска занимают несколько более холодные области — так называемая теплая межзвездная среда с плотностью примерно 1 частица на 1 см³ и температурой около 8000 К. В этой среде водород ионизован уже лишь частично.

Туманность Лагуна — гигантское межзвездное облако в созвездии Стрелец. От Земли его отделяет 4–6 тыс. световых лет

Вокруг горячих звезд образуются светящиеся области ионизованного газа, которые «перерабатывают» невидимое ультрафиолетовое излучение звезды в видимое излучение, спектр которого содержит линии различных химических элементов. Такие газовые туманности могут иметь различные оттенки — зеленоватые, розоватые и другие — в зависимости от температуры, плотности и химического состава газа. Их структура крайне разнообразна. Одни имеют форму кольца, в центре которого иногда видна тусклая звездочка, — это планетарные туманности. Другие имеют неправильную форму. Некоторые из них при наблюдении через светофильтр, пропускающий свет той или иной спектральной линии, распадаются на отдельные волокна. Такова Крабовидная туманность — известный пример остатка взорвавшейся звезды (сверхновой).

Плотность пыли в космосе ничтожно мала даже по сравнению с разреженным межзвездным газом. В окрестностях Солнца в 1 см³ пространства содержится в среднем один атом газа и на каждые сто миллиардов атомов приходится всего одна пылинка. Масса пыли в Галактике составляет приблизительно одну сотую от массы газа и одну десятитысячную от полной массы всех звезд Галактики. Однако этого количества пыли достаточно, чтобы значительно ослаблять свет. В некоторых плотных областях доля поглощенного света превышает 90%, а в молекулярных облаках, где образуются молодые звезды, достигает практически 100%.

Частица межпланетной хондритовой пыли. В состав межзвездных пылинок входят соединения углерода, кремния, замерзшие газы, водяной лед, а также различные органические вещества. Размеры пылинок неодинаковы, причем мелких частиц значительно больше, чем крупных. В целом размер пылинок колеблется от одной миллионной до одной десятитысячной доли сантиметра

Пыль не только поглощает свет, но и сама излучает в инфракрасном диапазоне, поскольку, поглощая свет звезд, пылинки нагреваются до нескольких десятков градусов выше абсолютного нуля. Свойства пыли во Вселенной мало чем отличаются от свойств пылинок Млечного Пути. В спиральных галактиках пыль, как и у нас, концентрируется вблизи плоскости симметрии этих звездных систем, перечеркивая яркие изображения галактик узкими темными полосами.

Межзвездные пылинки

Графитовые и силикатные частицы межзвездной пыли образуются, по-видимому, во внешних слоях атмосфер старых звезд. «Новорожденные» пылинки однородны по химическому составу и строению. Низкая температура и высокая плотность обеспечивают необходимые условия для образования на поверхности графитовой или силикатной пылинки мантии из более легкоплавких веществ, например воды, аммиака, формальдегида. Смесь этих соединений часто обозначают одним словом «лед». В очень плотных молекулярных облаках, куда (из-за той же пыли) не проникает излучение звезд, пылинки могут иметь трехслойную структуру: тугоплавкое ядро, оболочка из органических соединений и ледяная мантия.

Предполагается, что из таких пылинок, слипшихся в большие комья, состоят ядра комет — реликты, сохранившиеся от тех времен, когда наша Солнечная система сама еще была плотным непрозрачным облаком. Только на поверхности пылинок протекает ключевая реакция, в конечном счете определяющая весь молекулярный состав межзвездных облаков, — образование молекул водорода из отдельных атомов. Таким образом, пылинки играют роль катализатора всей межзвездной химии. Без участия межзвездной пыли процесс формирования молекулярных облаков и звезд шел бы иначе.

Ядро кометы 67P/Чурюмова—Герасименко. В поперечнике ядро достигает 4 км, в настоящее время она находится в 400 млн км от Земли, между орбитами Юпитера и Марса. Снимок сделан межпланетной станцией «Розетта»