Molekuly (v mezhzvezdnoi srede)

Molekuly v mezhzvezdnoi srede

Dvuhatomnye N2, HD, N2+ SN, SN+, 13SN+ ON, 17ON,18ON S2, CN, NO SO, 13SO, S17O, 13S17O SS, 13SS, S33S, S34S SiO, 29SiO, 30SiO SO, 34SO NS SiS Trehatomnye H2O, HDO, H218O C2H HCN, DCN, H13C15N, HC15N HNC, DNC, HN13C, H15NC HCO, HCO+, DCO+, H13CO+, HC18O+, HOC+, HCS+ N2H+, N2D+, H2S, HNO, OCS, SO2, O3, NaOH

Chetyrehatomnye NH3, NH2D, 15NH3, C2H2 H2CO, HDCO, H213CO, H2C18O HNCO, H2CS, C3N, HNCS Pyatiatomnye CH4, CH2NH, CH2CO, NH2CN, HCOOH, C4H HC3N, N13SS2N, HC13CCN, HCC13CN, DC3N Shestiatomnye SN3ON, 13SN3ON, CH3OD CH3CN NH2CHO, NH213CHO, CH3SN Semiatomnye CH3NH2, CH3NHD, SN3S2N, SN3SNO, CH2CHCN, HC5N, DC5N

Vos'miatomnaya NSOOSN3 Devyatiatomnye SN3SN2ON (SN3)2O SN3SN2CN HC7N Odinnadcatiatomnaya HC9N Trinadcatiatomnaya HC11N

Pervye M. (SN, SN, CN) byli obnaruzheny na rubezhe 40-h gg. 20 v. po liniyam poglosheniya v spektrah zvezd, obuslovlennym elektronnymi perehodami. U bol'shinstva dr. M. elektronnye perehody dayut linii v dal'nei UF-oblasti spektra, dlya k-roi zemnaya atmosfera sovershenno neprozrachna, poetomu v posleduyushih otkrytiyah M. vazhnuyu rol' sygrali vneatmosfernye nablyudeniya s raket i ISZ. V chastnosti, oni priveli k otkrytiyu v 1970 g. M. H₂. Teoreticheski bylo predskazano, chto v dostatochno plotnyh oblakah mezhzvezdnogo gaza M. H₂ dolzhny byt' mnogochislenny. Nablyudeniya i detal'nyi teoretich. analiz pokazali, chto otnoshenie koncentracii zavisit ot plotnosti oblaka i ego razmerov: pri koncentraciyah 100-1000 sm^-3 i razmerah 1 pk vodorod vnutri oblaka okazyvaetsya preimushestvenno v molekulyarnoi forme. K sozhaleniyu, iz-za sil'nogo poglosheniya pyl'yu naibolee plotnye oblaka nenablyudaemy v UF-liniyah H₂: slishkom slabym okazyvaetsya nepreryvnyi spektr raspolozhennyh za nimi zvezd i linii poglosheniya H₂ v nem ne vidny.

Detal'noe izuchenie mezhzvezdnyh M. stalo vozmozhnym tol'ko s razvitiem radioastronomii. V korotkovolnovyi radiodianazon popadayut spektr. linii, obuslovlennye perehodami mezhdu vrashatel'nymi urovnyami energii nek-ryh M., a takzhe perehodami mezhdu podurovnyami, sushestvuyushimi u M. blagodarya rasshepleniyu vrashatel'nyh urovnei (inversionnoe udvoenie urovnei v molekulah NH₃, -udvoenie v ON i SN i t.p.). Na principial'nuyu vozmozhnost' nablyudeniya mezhzvezdnyh M. v radiodiapazone obratil vnimanie I.S. Shklovskii eshe v 1949 g., no lish' v 1963 g. vpervye udalos' zaregistrirovat' v radiodiapazone linii ON (18 sm). Chetyre radiolinii ON vblizi etoi dliny volny nablyudayutsya kak v pogloshenii, tak i v emissii vo mnogih oblastyah Galaktiki i svidetel'stvuyut o chrezvychainom raznoobrazii fiz. uslovii v etih oblastyah. Vo mnogih razrezhennyh mezhzvezdnyh oblakah intensivnosti etih chetyreh linii imeyut norm. otnoshenie (kak pri termodinamicheskom ravnovesii), eto pozvolyaet uverenno opredelit' soderzhanie M. ON po otnosheniyu k vodorodu (ono var'iruet v otdel'nyh oblakah ot 10^-7 do 10^-4). Sravnenie shirin linii ON s shirinami Radioliniya vodoroda 21 smx dlya teh zhe oblakov pozvolyaet vychislit' kinetich. temp-pu gaza. Ona ravna 5-100 K.

Osobyi interes vyzyvayut kompakt nye (razmerom ~ 10-100 a.e.) istochniki emissionnyh linii ON s rezko neravnonesnymi otnosheniyami intensivnostei linii i ogromnymi znacheniyami samih intensivnostei (sm. Mazernyi effekt). Mazernuyu prirodu imeet takzhe izluchenie v radiolinii 1,35 sm molekuly N₂O, nablyudaemoe ot teh zhe oblastei Galaktiki. Ryad faktorov svidetel'stvuet o tom, chto v etih oblastyah obrazuyutsya novye pokoleniya zvezd i chto mazernoe izluchenie ON i N₂O vozbuzhdaetsya v neposredstv. okrestnostyah ochen' molodyh zvezd, eshe okruzhennyh ostatkami ishodnogo gazopylevogo oblaka (sm. Zvezdoobrazovanie). Neskol'ko menee intensivnoe mazernoe izluchenie molekul ON, H₂O, a takzhe SiO nablyudaetsya ot sil'no proevolyucionirovavshih zvezd-gigantov i sverhgigantov s nizkoi poverhnostnoi temp-roi i dolgoperiodich. variaciyami bleska. Ono voznikaet v istekayushih obolochkah i ochen' protyazhennyh atmosferah etih zvezd.

Naibolee rasprostranennye M. N₂ ne imeyut linii v radiodiapazone, odnako ih koncentraciyu opredelyayut po M. CO, t.k. i teoriya, i nablyudeniya svidetel'stvuyut o tom, chto obilie mezhzvezdnoi okisi ugleroda postoyanno v ochen' shirokom intervale fiz. uslovii i blizko k .

Osn. radioliniya SO na dline volny 2,6 mm okazalas' naibolee udobnym "instrumentom" dlya issledovaniya prostranstv. struktury, raspredeleniya v Galaktike i fiz. harakteristik plotnyh molekulyarnyh oblakov. Issledovaniya pokazali, chto molekulyarnye oblaka SO sil'no koncentriruyutsya v kol'cevoi zone v 4-8 kpk ot galakticheskogo centra. Ne menee 80-90% massy mezhzvezdnogo gaza sosredotocheno zdes' v nesk. tysyachah gigantskih oblakov molekulyarnogo vodoroda, massy k-ryh dostigayut 10⁵-10⁶, sr. plotnosti ~200 sm^-3, diametry 20-80 pk. Raspredelenie molekulyarnyh oblakov v Galaktike tesno korreliruet s raspredeleniem goryachih molodyh zvezd, yarkih oblastei ionizovannogo vodoroda i dr. ob'ektov naseleniya galaktich. diska (sm. Galaktika). Sopostavlenie rezul'tatov nablyudenii v radiolinii SO s nablyudeniyami dr. metodami pozvolyaet vyyasnit' fiz. usloviya v oblastyah zvezdoobrazovaniya. Teoretich. modeli kondensacii zvezd iz razrezhennogo gaza ukazyvayut na vazhnuyu rol' M. H₂ i SO v processe kondensacii oblakov i ih raspada na bolee melkie sgustki, dayushie nachalo zvezdnym associaciyam. M. sposobstvuyut ohlazhdeniyu oblakov, t.k. oni izluchayut otnositel'no legko vyhodyashie iz oblaka fotony, k-rye rozhdayutsya pri perehodah mezhdu vrashatel'nymi urovnyami M., vozbuzhdaemyh pri stolknoveniyah. Ohlazhdenie sposobstvuet gravitacionnomu kollapsu oblaka. Krome togo, pri him. prevrasheniyah v oblake mogut vozniknut' teplovye i dinamich. neustoichivosti, k-rye v svoyu ochered' mogut "vklyuchit'" gravitacionnuyu neustoichivost', privodyashuyu k szhatiyu oblaka kak celogo i k ego fragmentacii. O fragmentacii molekulyarnyh oblakov, ih klochkovatoi strukture, opredelenno govoryat nablyudeniya v radioliniyah ammiaka NH₃ (= 1,25 sm).

Pervaya organich. M., formal'degid (N₂SO), byla obnaruzhena v 1969 g. Ee naibolee chasto nablyudaemaya radioliniya s = 6,2 sm pochti vsegda vidna v pogloshenii, dazhe v teh sluchayah, kogda za molekulyarnym oblakom net nikakih radioistochnikov s nepreryvnym spektrom. M. formal'degida v etom sluchae mogli by pogloshat' lish' fotony mikrovolnovogo fonovogo izlucheniya, no ego temp-ra 3 K. Poskol'ku kinetich. temp-ra v molekulyarnyh oblakah zavedomo vyshe 3 K (eto sleduet iz nablyudenii ON, NH₃ i dr. M.), to neizbezhen vyvod o neravnovesnoi zaselennosti nizhnih energeticheskih urovnei molekuly N₂SO.

Zamechatel'noi osobennost'yu molekulyarnogo sostava naibolee plotnyh molekulyarnyh oblakov yavl. preobladanie organich. soedinenii. Obnaruzheny predstaviteli nesk. klassov tipichnyh organich. soedinenii - al'degidov, spirtov, prostyh i slozhnyh efirov, karbonovyh kislot, amidov kislot. Mnogie iz etih soedinenii (HCN, CH₂NH, SN₃NN₂ i dr.) izvestny kak aktivnyi ishodnyi material dlya obrazovaniya vazhneishih predbiologich. molekul - aminokislot i azotistyh osnovanii, chto pozvolyaet s uverennost'yu govorit' ob universal'nosti putei organich. sinteza vo Vselennoi. Deistvitel'no, organich. sostav molekulyarnyh oblakov ves'ma napominaet sostav bogatyh organikoi meteoritov - uglistyh hondritov, a takzhe tipichnye sostavy organich. smesei, sinteziruemyh v laboratoriyah iz prostyh soedinenii putem aktivacii zhestkim izlucheniem, elektrich. razryadom, udarnymi volnami i t.p.

Metody radioastronomii okazalis' osobenno udobnymi dlya izucheniya izotopnogo sostava mezhzvezdnyh oblakov, t.k. chastoty vrashatel'nyh perehodov molekul osobenno chuvstvitel'ny k izotopnym zamesheniyam atomov i, k tomu zhe, v radiodiapazone dostigaetsya nailuchshee razreshenie po chastote. Napr., chastoty osn. vrashatel'nyh perehodov molekul ¹²SO i ¹³SO (mezhdu urovnyami s kvantovymi chislami J=1 i J= 0) razlichayutsya na 5 GGc, chto v tysyachi raz prevoshodit obychnye shiriny linii (~ 1 MGc), a takzhe spektr. razreshenie apparatury, k-roe obychno eshe vyshe. Kak vidno iz tabl., nablyudalis' M., soderzhashie razlichnye izotopy N, S, N, O, S, Si. Izuchenie izotopnogo sostava mezhzvezdnoi sredy v razlichnyh oblastyah Galaktiki pozvolyaet proverit' pravil'nost' sushestvuyushih teorii obrazovaniya i evolyucii him. elementov vo Vselennoi.

Koncentracii M. v mezhzvezdnoi srede opredelyayutsya kinetikoi processov ih obrazovaniya i razrusheniya. M. mogut obrazovat'sya v rezul'tate him. reakcii v gazovoi srede libo reakcii na poverhnosti tverdyh pylinok neposredstvenno v oblakah, no mogut postupat' syuda i v gotovom vide iz atmosfer i obolochek holodnyh zvezd (blagodarya zvezdnomu vetru), gde usloviya dlya ih obrazovaniya neskol'ko bolee blagopriyatny. M. N₂ pochti navernyaka obrazuyutsya na poverhnosti pylinok. Stolknoveniya ionov s molekulami privodyat k ionno-molekulyarnym reakciyam i sintezu bolee slozhnyh molekul, osobenno effektivnomu pri nizkih temp-rah. Razrushat'sya M. dolzhny gl. obr. UF-izlucheniem goryachih zvezd i kosmicheskimi luchami. Tipichnye znacheniya obiliya slozhnyh M. ~ 10^-7-10^-9.

Nek-rye M. (ON, SO, N₂O, N₂SO, HCN, NH₃, HCO⁺, SN) obnaruzheny i v dr. galaktikah. Ih obilie, prostranstv. raspredelenie, spektry blizki k tem, k-rye nablyudayutsya v Galaktike. Eto - eshe odno veskoe podtverzhdenie material'nogo i evolyuc. edinstva Vselennoi.

Lit.:

Kaplan S.A., Pikel'ner S.B., Fizika mezhzvezdnoi sredy, M., 1979; Na perednem krae astrofiziki, per. s angl., M., 1979, gl. 8, 9; Strel'nickii V.S., Mezhzvezdnye molekuly, M., 1974; ego zhe, Kosmicheskie mazery, "UFN", 1974, t. 113, v. 3, s. 463; ego zhe, Mezhzvezdnye mazery i "antimazery" - teplovye mashiny Kosmosa, "Zemlya i vselennaya", 1975, N 4, s. 15.

(V.S. Strel'nickii)