<< 7. Gde rozhdayutsya zvezdy | Oglavlenie | 9. Krugovorot veshestva v Galaktike >>

Prostranstvo mezhdu zvezdami

Hotya osnovnaya dolya vidimogo veshestva Vselennoi skoncentrirovana v zvezdah, astronomy proyavlyayut vse bol'shii interes i uvazhenie k mezhzvezdnomu prostranstvu, soderzhashemu veshestvo v raznoobraznyh i, vozmozhno, neizvestnyh poka formah. Prezhde chem veshestvo stanovitsya zvezdoi, ono posledovatel'no prohodit vse krugi fiziko-himicheskih prevrashenii: ot kvarkov i elementarnyh chastic k molekulam i vnov' k atomam i chasticam; ot relyativistskih energii k absolyutnomu nulyu temperatury i vnov' k sostoyaniyu plazmy; ot bezumnyh plotnostei k glubochaishemu vakuumu i vnov' k plotnostyam, nedostizhimym v fizicheskih laboratoriyah (ris. 8.1).

Ris. 8.1. Evolyuciya plotnosti veshestva Vselennoi v sootvetstvii s teoriei adiabaticheskih fluktuacii plotnosti. Pervymi formiruyutsya naibolee krupnye struktury - sverhskopleniya i skopleniya galaktik. Zatem vnutri nih rozhdayutsya galaktiki i t. d.

V sovremennoi Galaktike prostranstvo mezhdu zvezdami zapolneno razrezhennym veshestvom, izlucheniem i magnitnym polem, vzaimodeistvuyushimi drug s drugom na ravnyh, poskol'ku v srednem ravny plotnosti ih energii (~10^-12 erg/sm³). Igra sil gravitacii, gazovogo i magnitnogo davleniya privodit k tomu, chto iz razrezhennogo veshestva formiruyutsya gorazdo bolee plotnye zvezdy. Poetomu istoriya proniknoveniya v zagadku rozhdeniya zvezd est', po sushestvu, istoriya izucheniya mezhzvezdnoi materii. V otlichie ot zvezdnoi astronomii, imeyushei "slavnye tradicii", astronomiya mezhzvezdnoi sredy poka eshe tol'ko obozrevaet svoi vladeniya. Za poslednie dva desyatiletiya otkryty samaya goryachaya i ob'emnaya, a takzhe samaya holodnaya, plotnaya i massivnaya komponenty mezhzvezdnogo veshestva. Ne isklyucheno, chto v blizhaishie gody budut sdelany ne menee fundamental'nye otkrytiya v oblasti mezhzvezdnoi sredy, poskol'ku sushestvuet problema nevidimogo veshestva v galakticheskom galo. No chtoby ocenit' segodnyashnee sostoyanie dela, davaite nemnogo zaglyanem v istoriyu.

Intuitivnye predstavleniya o mezhzvezdnoi srede mozhno vstretit' dazhe u antichnyh filosofov ("Priroda ne terpit pustoty"!), odnako nablyudeniyami oni podtverzhdeny ne byli. Dazhe u G. Galileya, izuchavshego nebo v teleskop, rassuzhdeniya o mezhzvezdnoi srede byli dovol'no otvlechennymi: "...my otkazyvaemsya ot tverdyh nebesnyh sfer, v sushestvovanie kotoryh verili ran'she, i predpolagaem, chto ochen' tonkaya efirnaya materiya razveyana po obshirnym oblastyam Vselennoi, po kotorym bluzhdayut tverdye mirovye tela, nadelennye sobstvennymi mirovymi dvizheniyami" [7, s. 173].

I. Kepler soglashalsya s Galileem, no rassuzhdal bolee konkretno: "K sil'nym storonam tvoego dokazatel'stva ya otnoshu neobychainuyu legkost' nebesnoi substancii, sleduyushei takzhe i iz moei "Optiki"... Eto privodit k tomu, chto ot nashih glaz, kogda oni vooruzheny tvoim instrumentom, ne uskol'zayut dazhe samye melkie chasticy sfery zvezd..., i chto v odnoi edinstvennoi chastice linzy mezhdu glazom i predmetom vtisnuto gorazdo bol'she (i gorazdo bolee plotnoi) materii, chem vo vsem neskonchaemom puti skvoz' efir, prichem materiya v linze vyzyvaet legkoe potemnenie, a efir ego ne vyzyvaet. Poetomu i sozdaetsya vidimost', budto vse neob'yatnoe prostranstvo pusto" [12, s. 44]. Udivitel'no, no v tom, chto kasaetsya vidimyh zvezd, Kepler okazalsya sovershenno prav: na puti ih svetovogo lucha v linze vstrechaetsya v sotni raz bol'she atomov, chem v mezhzvezdnoi srede.

Takim obrazom, astronomy XVII stoletiya verili v sushestvovanie mezhzvezdnoi substancii, no schitali ee chrezvychaino razrezhennoi i prakticheski nevidimoi, ne podozrevaya o tom, chto sama eta substanciya delaet dlya nas nevidimoi v nekotoryh napravleniyah sushestvennuyu chast' Galaktiki i vsei vnegalakticheskoi Vselennoi. V XVIII veke s pomosh'yu svetosil'nyh teleskopov kometoiskatelei trudami E. Galleya, N. Lakailya, Sh. Mess'e i P. Meshena byli otkryty desyatki svetyashihsya tumannostei. A velikii V. Gershel' podvel itog etomu stoletiyu, obnaruzhiv s pomosh'yu svoih gigantskih instrumentov 2,5 tys. tumannyh ob'ektov, mnogie iz kotoryh okazalis' oblakami goryachego gaza. Kak my uzhe znaem, Gershel' obnaruzhil i pustoty v raspredelenii zvezd, no reshil, chto eto "otverstiya v nebesah", vyzvannye gravitacionnoi neustoichivost'yu i skuchivaniem zvezd v otdel'nye "oblaka".

V seredine XIX v. Andzhelo Sekki, doveryaya svoei intuicii, utverzhdal, chto chernye pustoty v Mlechnom Puti sut' gigantskie oblaka temnyh gazov, proeciruyushiesya na svetlyi fon dalekih zvezd. Odnako i v nachale XX v. mnogie astronomy sklonny byli razdelyat' vzglyady Gershelya i nahodili "gipotezu Sekki" maloveroyatnoi.

No sovershenstvovalas' tehnika nablyudenii, nakaplivalis' novye dannye. Na rubezhe vekov amerikanskii astronom-samouchka E. Barnard (1857-1923) nachal sistematicheskoe fotografirovanie neba na Likskoi observatorii, polozhiv tem samym nachalo shirokomu primeneniyu fotografii v astronomii. V 1913 g. Barnard publikuet otdel'nye fotografii Mlechnogo Puti, a v 1927 g. v svet vyshel velikolepnyi fotograficheskii "Atlas Mlechnogo Puti", pri podgotovke kotorogo Barnard obnaruzhil i opisal 349 svetlyh i temnyh tumannostei. Otdel'no on sostavil katalog 182 temnyh tumannostei v Mlechnom Puti i vyrazil ubezhdenie v tom, chto eto oblaka pogloshayushei svet materii, a ne promezhutki mezhdu zvezdnymi oblakami, kak schital Gershel'.

Deistvitel'no, mnogie temnye pyatna v Mlechnom Puti byli okaimleny svetloi tumannost'yu, chto bezuslovno ukazyvalo na ih svyaz' s mezhzvezdnym gazom, no ne dokazyvalo ee. Pryamaya registraciya holodnyh frakcii mezhzvezdnogo gaza stala vozmozhnoi lish' desyatki let spustya. A v pervoi polovine XX veka opticheskaya spektroskopiya pozvolila izuchit' goryachii mezhzvezdnyi gaz i obnaruzhit' otrazhayushie zvezdnyi svet pylinki - krohotnye tverdye chasticy mezhzvezdnoi sredy. Skopleniya pyli kazhutsya svetlymi tol'ko v tom sluchae, esli ryadom nahoditsya osveshayushaya ih zvezda. Esli zhe zvezda nahoditsya za oblakom pyli, to svet ee oslabevaet inogda nastol'ko, chto ee nevozmozhno zametit'. Imenno pogloshenie sveta pyl'yu stalo pervym indikatorom holodnogo mezhzvezdnogo veshestva.

Dzh. Dzhins pisal v 1930 g.: "...neprozrachnost'yu gaza ob'yasnyayutsya... temnye pyatna, kotorye vstrechayutsya na nebe sredi zvezdnyh polei. ...Temnoe pyatno, kotoroe na pervyi vzglyad kazhetsya dyroi v zvezdnoi sisteme, kartinno oboznachaetsya terminom "ugol'nyi meshok". Odnako eti temnye pyatna ne mogut byt' v deistvitel'nosti pustotami, ibo nel'zya predstavit' sebe sushestvovaniya stol' bol'shogo chisla pustyh tunnelei, idushih skvoz' tolshu zvezd i pritom napravlennyh pryamo k Zemle. Poetomu my dolzhny videt' v nih zavesy zatemnyayushei materii, kotoraya oslablyaet ili dazhe sovershenno gasit svet lezhashih za nei zvezd" [34, s. 48].

Imenno oslablenie sveta zvezd pomoglo v eti gody R. Tryumpleru nadezhno dokazat' sushestvovanie pylevyh oblakov. Eto byl pervyi i, po-vidimomu, poslednii sluchai v istorii zvezdnoi astronomii, kogda mezhzvezdnoe pogloshenie sveta sygralo konstruktivnuyu rol' v nauchnyh issledovaniyah. S teh por astronomy postoyanno ozabocheny oslableniem sveta i izmeneniem cveta zvezd, vyzvannymi vliyaniem kosmicheskoi pyli. Izuchenie etoi pyli kak fizicheskogo ob'ekta stalo seichas samostoyatel'noi vetv'yu astronomii. Do sih por net edinogo mneniya o himicheskom sostave, forme i razmere pylinok, o mestah ih formirovaniya. Yasno lish', chto v nih sosredotocheny otnositel'no tyazhelye himicheskie elementy vplot' do zheleza, chto razmer pylinok ~(10^-5-10^-6) sm, i chto v temnyh oblakah naryadu s pyl'yu vsegda prisutstvuet znachitel'no bol'shee kolichestvo gaza.

V nachale 40-h godov L. Spitcer i F. Uippl pervymi pytalis' dokazat', chto zvezdy i zvezdnye skopleniya mogut rozhdat'sya v nashe vremya iz pylevyh oblakov. No osoboi podderzhki sredi astronomov eti vzglyady v to vremya ne poluchili. Nuzhny byli nablyudatel'nye fakty. V konce 40-h i v 50-e gody bol'shoi vklad v etu rabotu vnesli sovetskie uchenye G. A. Shain, V. F. Gaze, V. G. Fesenkov, D. A. Rozhkovskii, A. V. Kurchakov i Dzh. Sh. Havtasi. Oni sozdali atlasy i katalogi diffuznyh, otrazhatel'nyh i temnyh tumannostei Mlechnogo Puti. Naprimer, katalog gruzinskogo astronoma Dzh. Sh. Havtasi, sostavlennyi na osnove fotograficheskih atlasov Barnarda i Rosa - Kal'vert, soderzhal opisanie 797 temnyh tumannostei.

V konce 40-h godov svyaz' molodyh zvezd s oblakami goryachego gaza uzhe ne vyzyvala somnenii: na eto ukazyvalo ih shodnoe raspredelenie v prostranstve. Odnako yasno bylo i to, chto razrezhennyi goryachii gaz ne mozhet byt' neposredstvennym predshestvennikom zvezd, a skoree vsego voznik vmeste s nimi ili pod ih vliyaniem v processe zvezdoobrazovaniya. Nakonec, v 1947 g. amerikanskie astronomy B. Bok (1906-1983) i E. Reili obnaruzhili na fone svetlyh tumannostei NGC 2237 v sozvezdii Edinorog i NGC 6611 v sozvezdii Shit nebol'shie chernye kruglye pyatna, nazvannye imi globulami (ris. 8.2). Razmery etih plotnyh kondensacii ot 0,05 do 0,25 pk, oni soderzhat ot 0,1 do 100 M gaza i pyli i oslablyayut prohodyashii skvoz' nih svet v desyatki i sotni raz. Eti ob'ekty srazu stali interpretirovat' kak predshestvennikov zvezd - protozvezdy.

Ris. 8.2. Temnye globuly na fone Mlechnogo Puti v sozvezdii Zmeenosca.

No v tom zhe 1947 g. V. A. Ambarcumyan ukazal na associacii kak ob'ekty sovremennogo zvezdoobrazovaniya, i stalo yasno, chto zvezdy formiruyutsya bol'shimi gruppami. Znachit, i proizvodyashee ih veshestvo dolzhno byt' ob'edineno v krupnye fragmenty. Oblachnaya struktura mezhzvezdnoi sredy poluchala takim obrazom nezavisimoe obosnovanie. Nablyudateli obnaruzhili gazovye oblaka v mezhzvezdnom prostranstve dovol'no davno. Nachinaya s 1904 g. astronomy registrirovali v spektrah zvezd uzkie linii poglosheniya nekotoryh elementov i prosteishih molekul (Na, Sa, K, Ti, CN, SN), kotorye zhili kak by svoei, nezavisimoi ot zvezd zhizn'yu, naprimer, imeli doplerovskoe smeshenie, otlichnoe ot smesheniya vseh ostal'nyh linii v spektre. K seredine 20-h godov, blagodarya teoreticheskim rabotam A. Eddingtona, bylo okonchatel'no dokazano, chto eti linii obrazuyutsya, kogda svet zvezdy prohodit skvoz' poluprozrachnye oblaka mezhzvezdnogo gaza. K nachalu 50-h godov izuchenie mezhzvezdnyh linii poglosheniya pozvolilo ustanovit', chto oblaka imeyut razmer poryadka 10 pk, i chto vblizi ploskosti Galaktiki na luche zreniya dlinoi v 1 kpk obychno vstrechaetsya 9-10 takih oblakov.

V 1951 g. radioastronomy zafiksirovali izluchenie neitral'nogo vodoroda na volne 21 sm i soobshili o sushestvovanii vodorodnyh oblakov s massami v sotni raz bol'she solnechnoi. Eto otkrytie privleklo vnimanie specialistov po zvezdnoi dinamike. Delo v tom, chto raspredelenie prostranstvennyh skorostei zvezd ukazyvaet na sushestvovanie effektivnogo mehanizma peremeshivaniya zvezdnyh traektorii; vliyaniya vzaimnogo prityazheniya zvezd dlya etogo yavno nedostatochno. Kogda byli obnaruzheny vodorodnye oblaka, amerikanskie astronomy L. Spitcer i M. Shvarcshil'd vyskazali gipotezu o sushestvovanii v Galaktike neskol'kih tysyach gazovyh oblakov s massami 10⁵-10⁶ M, kotorye mogli by igrat' rol' "lozhki", peremeshivayushei svoim prityazheniem orbity zvezd. Cherez chetvert' veka ih predskazanie blestyashe podtverdilos': oblaka imenno takoi massy i v ukazannom kolichestve deistvitel'no byli obnaruzheny i poluchili nazvanie gigantskih molekulyarnyh oblakov [44]. Oni, kak my uvidim, ne tol'ko vliyayut na dvizhenie zvezd, no i yavlyayutsya ih glavnymi "rodil'nymi domami".

Mezhzvezdnye oblaka seichas razdelyayut, po krainei mere, na tri tipa v sootvetstvii s ih temperaturoi i plotnost'yu: diffuznye (10²-10³ K, 1-10² sm^-3), temnye (10-10² K, 10²-10⁴ sm^-3) i molekulyarnye (5-50 K, 10³-10⁶ sm^-3) oblaka. V osobuyu gruppu vydelyayut kompaktnye gazopylevye globuly iz-za ih maloi massy i rezko ocherchennoi formy. Gigantskie molekulyarnye oblaka takzhe vydelyayut v osobuyu gruppu v svyazi s ih fundamental'noi rol'yu v processe zvezdoobrazovaniya i evolyucii molodyh zvezd. No vpolne ochevidno, chto granicy mezhdu razlichnymi tipami oblakov dostatochno uslovny, a sami oblaka chasto imeyut ierarhicheskuyu strukturu i vzaimno pronikayut drug v druga.

V poiskah prichiny, uderzhivayushei oblaka ot rasshireniya, L. Spitcer eshe 40 let nazad predlozhil dvuhkomponentnuyu model' mezhzvezdnoi sredy, v kotoroi otnositel'no holodnye plotnye oblaka uderzhivayutsya ot rasshireniya davleniem okruzhayushego ih razrezhennogo goryachego gaza. Eta ideya podtverdilas' i poluchila razvitie. Radioastronomy obnaruzhili ne tol'ko izluchenie otnositel'no holodnogo atomarnogo vodoroda v linii 21 sm, no i nepreryvnoe izluchenie razrezhennogo ionizovannogo gaza.

Do 1970 g. astrofizikov vpolne udovletvoryalo predstavlenie o mezhzvezdnom veshestve kak o dvuhkomponentnoi srede: v prostranstve, zapolnennom goryachim gazom s temperaturoi T ~ 10⁴ K, plavayut holodnye oblaka (T ~ 100 K). Na etom osnovnom fone proishodili nekotorye skorotechnye i v celom neznachitel'nye yavleniya: odni zvezdy teryali veshestvo v vide razrezhennogo i ochen' goryachego (T ~ 10⁶ K) zvezdnogo vetra, drugie teryali ego v vide plotnyh i ne ochen' goryachih planetarnyh tumannostei. Holodnye oblaka chastichno isparyalis' pri vzaimnyh stolknoveniyah ili ot blizkogo sosedstva s goryachimi zvezdami, chastichno zhe - ostyvali i szhimalis', porozhdaya novye pokoleniya zvezd. No v celom sostoyanie mezhzvezdnoi sredy harakterizovalos' stabil'nym balansom mezhoblachnogo gaza i oblakov razmerom (0,1 - 50) pk i massoi (0,1-10⁴) M.

No v nachale 70-h godov predstavlenie o mezhzvezdnoi srede stalo bystro menyat'sya. V svyazi s razvitiem korotkovolnovoi radioastronomii v kosmicheskom prostranstve byli otkryty dostatochno slozhnye molekuly, soderzhashie do semi atomov; takie molekuly mogli obrazovat'sya i zhit' lish' v ochen' plotnyh i holodnyh oblakah. K seredine 70-h godov poyavilis' pervye massovye obzory etih oblakov, podtverdivshie ih ogromnuyu plotnost' i massu. Pravda, nablyudeniya glavnogo komponenta etih oblakov - molekulyarnogo vodoroda (N₂) kraine zatrudneny, poskol'ku eta molekula ne izluchaet v radiodiapazone. No izluchenie drugih molekul, v osobennosti molekuly SO, pozvolilo dovol'no podrobno izuchit' gigantskie holodnye oblaka.

V te zhe gody s pomosh'yu kosmicheskih UF teleskopov byl obnaruzhen chrezvychaino goryachii, tak nazyvaemyi "koronal'nyi" mezhzvezdnyi gaz nizkoi plotnosti (T ~ 10⁶ K, n ~ 10^-3 sm^-3), voznikayushii v rezul'tate vzryvov sverhnovyh zvezd. Okazalos', chto etot gaz zapolnyaet ne tol'ko bol'shuyu dolyu galakticheskogo diska, no i prostiraetsya vysoko v galo Galaktiki, obrazuya voshodyashie goryachie potoki i vozvrashayas' k disku v vide ohlazhdennyh oblakov. Struktura mezhzvezdnoi sredy teper' predstavlyaetsya mnogokomponentnoi, mnogofaznoi (tabl. 8.1), a processy v nei - znachitel'no bolee slozhnymi i interesnymi, chem 20 let nazad.

Faza	Temperatura, T, K	Plotnost', n, sm-3	Dolya ob'ema diska Galaktiki, %
Goryachaya, HII	3 105	1,6 10-3	74
Teplaya, HI - HII	8000	0,25	23
Prohladnaya, HI	80	40	2
Holodnaya, N2	10	300	1

Tablica 8.1. Osnovnye fazy mezhzvezdnogo gaza.

---

<< 7. Gde rozhdayutsya zvezdy | Oglavlenie | 9. Krugovorot veshestva v Galaktike >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Protozvezdy - zvezdoobrazovanie Publikacii so slovami: Protozvezdy - zvezdoobrazovanie
Sm. takzhe: Vybrosy iz protozvezd v Zmee CG4: globula i galaktika NGC 604: gigantskie zvezdnye yasli NGC 7714: vspyshka zvezdoobrazovaniya posle stolknoveniya galaktik Tumannost' Konus ot teleskopa imeni Habbla NGC 1893 i Golovastiki v IC 410 Zvezdoobrazovanie v tumannosti Pakman Vse publikacii na tu zhe temu >>