Межзвёздная среда: газ, пыль и молекулы
Что находится между звёздами: газ и пыль, их температура и плотность, молекулярные облака, найденные в космосе молекулы и круговорот вещества между звёздами и средой.
Пространство между звёздами не пусто. Оно заполнено разреженным газом и пылью, которые называют межзвёздной средой. Это не фон, а сырьё и отходы звёзд: из неё рождаются новые звёзды, в неё возвращается вещество сверхновых и звёздных ветров.
Из чего состоит
По массе около 99 % — газ (примерно 70 % водорода, 28 % гелия и немного тяжёлых элементов) и около 1 % — пыль: крошечные частицы силикатов и углерода размером порядка десятых долей микрона. Плотность ничтожна: в среднем порядка одного атома на кубический сантиметр. Это лучше любого вакуума в земной лаборатории, но на масштабе тысяч световых лет этого вещества набирается на миллиарды масс Солнца.
Фазы межзвёздной среды
- Холодные молекулярные облака. Температура около 10–20 К (минус 250 °C), плотность в сотни и тысячи раз выше средней. Здесь водород соединяется в молекулы, пыль защищает их от излучения звёзд, и именно в таких облаках рождаются звёзды и планеты («Туманности»).
- Холодный и тёплый нейтральный газ. Атомарный водород с температурой от десятков до нескольких тысяч кельвинов; его выдаёт радиолиния 21 см («Радиоастрономия»).
- Ионизованный газ. Области вокруг горячих звёзд, где водород светится, — яркие эмиссионные туманности.
- Горячий газ. Пузыри в миллионы кельвинов, надутые вспышками сверхновых. Они видны в рентгене («Рентгеновская астрономия»).
Молекулы в космосе
В межзвёздных облаках найдено более трёхсот молекул — от простых (молекулярный водород, угарный газ, вода) до органических: метанол, формальдегид, этанол, а также ароматические соединения вроде бензонитрила, обнаруженного в 2018 году в облаке TMC-1. Сам молекулярный водород почти не излучает, поэтому облака обычно измеряют по линиям угарного газа. Крупные углеродные молекулы (полициклические ароматические углеводороды) дают заметную часть инфракрасного свечения галактик. Эти находки важны для вопроса о происхождении жизни («Астробиология»): органика появляется уже до рождения планет.
Круговорот вещества
Звезда рождается из облака, живёт и возвращает в среду обогащённое тяжёлыми элементами вещество. Следующее поколение звёзд собирается уже из него. Углерод, кислород и железо в нас и в Земле прошли через такие циклы. Скорость рождения звёзд в Галактике — порядка одной-двух масс Солнца в год.
Граница Солнца и среды
Солнечный ветер надувает вокруг Солнца пузырь — гелиосферу. Её границу пересёк зонд «Вояджер-1» в августе 2012 года и «Вояджер-2» в ноябре 2018 года («Вояджеры»). За ней приборы прямо измерили межзвёздную плазму: плотность там выше, чем внутри гелиосферы.
Как изучают
Радиотелескопы и ALMA ищут молекулы по их радиолиниям, инфракрасные телескопы («Уэбб») видят сквозь пыль и показывают горячий пылевой компонент. Обсерватория «Гершель» (ESA) изучала холодную пыль и нитевидную структуру облаков.