Astronet > Rezul'taty

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

<< 2. Metod | Oglavlenie | 4. Zaklyuchenie >>

Povyshenie skorosti ionizacii kosmicheskimi luchami vlechet za soboi i vozrastanie stepeni ionizacii veshestva, chto vyzyvaet zamedlenie szhatiya zamagnichennogo oblaka. Eto svyazano s tem, chto magnitnoe pole budet v etom sluchae sil'nee vzaimodeistvovat' s veshestvom i uderzhivat' ego ot szhatiya. Vremya, za kotoroe koncentraciya chastic vozrast t ot 10₃ do 10₆ sm^-3 v central'nyh chastyah yadra oblaka pri model'nyh raschetah uvelichitsya ot 6 millionov let pri do, naprimer, 10 millionov dlya $\zeta$ = 3 $\zeta_0$ , 13 - dlya $\zeta$ = 4 $\zeta_0$ , 15 - dlya $\zeta$ = 5 $\zeta_0$ i tak dalee do 50 - dlya $\zeta$ = 10 $\zeta_0$ . Na himii eto otrazitsya, tak kak molekuly poluchat bol'she vremeni dlya akkrecii na pylevye chasticy i himicheskie reakcii na poverhnostyah pylinok. Schitaetsya, chto te vremena, kotorye poluchayutsya dlya znachenii $\zeta$ > 4 $\zeta_0$ mnogo bol'she real'nyh vrem n evolyucii dozvezdnyh yader, takie $\zeta$ ya rassmotrela dlya togo, chtoby proverit' obshie tendencii izmeneniya obilii molekul NH₃, N₂H⁺ i H₂O, kotorye, v obshem, pri takih $\zeta$ men'she, chem nablyudaemye.

Na risunkah 1 i 2 predstavleny model'nye zavisimosti soderzhaniya molekul NH₃, N₂H⁺, H₂O ot radiusa v yadre oblaka dlya razlichnyh znachenii $\zeta$ . Kineticheskaya temperatura gaza v oblake ravna temperature pyli i sostavlyaet 10K. Risunki privedeny dlya koncentracii vodoroda $\sim$ 10⁶ cm^-3 v yadre oblaka, kotoraya plavno spadaet k krayu do 10³ cm^-3.

Obilie molekul, soderzhashih azot, padaet pri povyshenii $\zeta$ . Povedenie molekul vody v etom sluchae ne takoe prosto. Do znacheniya $\zeta$ < 3-4 $\zeta_0$ obilie vody v yadre oblaka rast t, no zatem nachinaet padat' s dal'neishim uvelicheniem skorosti ionizacii. Mehanizmy, vyzyvayushie eti effekty, ne pohozhi drug na druga.

$\begin{figure}\centering \epsfig{file=StdCr3.eps,height=23cm} \end{figure}$

Ris. 1. Soderzhaniya molekul v yadre oblaka pri standartnoi $\zeta=\zeta_0$ = 1.3x10^-17 s^{-3 (sploshnaya liniya) i uvelichennoi v 3
raza (punktir)}

$\begin{figure}\centering \epsfig{file=Cr4510.eps,height=23cm} \end{figure}$

Ris. 2. Soderzhaniya molekul v yadre oblaka pri $\zeta$ uvelichennoi v 4 (shtrih-punktir), 5 (tochki), 10 (3-shtrih-punktir) raz

3.1. Molekuly NH₃ i N₂H⁺

Kak uzhe govorilos', soderzhanie molekul NH₃ i N₂H⁺ padaet pri povyshenii skorosti ionizacii. Risunok 3 illyustriruet prichiny etogo dlya iona N₂H⁺. Kosmicheskie luchi (crp - cosmic ray proton) vyzyvayut ionizaciyu molekul H₂, iz-za chego obrazuyutsya iony H₂⁺. Zatem iz etih ionov obrazuyutsya, pri uchastii molekul vodoroda, iony H₃⁺. Tak zhe risunok pokazyvaet prostoi mehanizm obrazovaniya iona He⁺. Iony H₃⁺ i He⁺ - odni iz samyh aktivnyh, ih soderzhanie vo mnogom opredelyaet hod himicheskih processov v oblake. Pri povyshenii $\zeta$ etih ionov, konechno, obrazuyutsya bol'she, chem pri bolee nizkih znacheniyah skorosti ionizacii.

Za obrazovanie ionov N₂H⁺ samymi otvetstvennymi yavlyayutsya 2 reakcii:

N₂ + H₃⁺

N₂H⁺ + H₂

N₂⁺ + H₂

N₂H⁺ + H

Poskol'ku skorosti ionizacii povysheny, to i elektronov v takoi srede stanovitsya bol'she po sravneniyu so standartnym variantom. Iz-za etogo iony N₂H⁺ ochen' bystro vstupayut v reakcii rekombinacii:

N₂⁺ + e^-

N₂ + photon

gde e^- oboznachaet elektron. Vnov' obrazovavshiesya molekuly N₂ mogut snova pereiti v N₂⁺, a mogut i proreagirovat' s himicheski aktivnymi ionami He⁺, razrushit'sya do N i uiti v cepochki obrazovaniya ammiaka. Imenno process razrusheniya N₂ vyzyvaet ponizhenie obiliya N₂⁺ v yadre oblaka.

N₂ + He⁺

N⁺ + N + H

Krome togo, v rabote [3] govoritsya o tom, chto vymorazhivanie N₂ na kosmicheskoi pyli, vozmozhno, yavlyaetsya odnoi iz prichin snizheniya soderzhaniya etogo iona v yadre oblaka, no togda etot effekt dolzhen proyavlyat'sya dlya vseh dozvezdnyh yader, a ne tol'ko dlya izbrannyh ob'ektov.

Shema obrazovaniya ammiaka pokazana na risunke 4. Glavnye himicheskie reakcii obrazovaniya i razrusheniya molekul ammiaka takovy:

N + CRP

N⁺ + e^- + CRP

N⁺ + H₂

NH⁺ + H

NH⁺ + H₂

NH₂⁺ + H 1.28x10^-9

NH₂⁺ + H₂

NH₃⁺ + H 2.7x10^-12

NH₃⁺ + H₂

NH₄⁺ + H 2.00x10^-10

NH₄⁺ + e^-

NH₃ + H

Kak v sluchae $\zeta$ = $\zeta_0$ tak i pri povyshennoi skorosti ionizacii samymi bystrymi reakciyami yavlyayutsya reakcii s molekulami vodoroda iz-za togo, chto ih soderzhanie v oblake samoe vysokoe po sravneniyu s lyubymi drugimi molekulami. No povyshennaya ionizaciya stimuliruet reakcii rekombinacii, kotorye privodyat k uhodu ionov NH⁺, NH₂⁺, NH₃⁺ iz cepochki:

NH⁺ + e^-

N + H 2.35x10^-7

NH₂⁺ + e^-

N + H₂ 1.65x10^-6

NH₂⁺ + e^-

NH + H 1.65x10^-6

NH₃⁺ + e^-

NH + 2H 1.70x10^-6

NH₃⁺ + e^-

NH₂ + H 1.70x10^-6

Sprava privedeny koefficienty skorostei reakcii iz cepochki i reakcii rekombinacii (kursiv.) Esli eti koefficienty umnozhit' na soderzhanie oboih reagentov, to poluchitsya skorost' reakcii. Yasno vidno, chto po mere prodvizheniya vglub' cepochki koefficienty skorostei reakcii stanovyatsya vse men'she i men'she, chego nel'zya skazat' o koefficientah reakcii rekombinacii. Tak kak pri $\zeta$ > $\zeta_0$ elektronov znachitel'no bol'she, chem v sluchae standartnoi skorosti ionizacii, to gorazdo bol'shee kolichestvo ionov iz cepochki budet reagirovat' s nimi.

Iz-za udlineniya vremennoi shkaly bol'shee chislo obrazovavshihsya molekul NH i NH₂ smozhet akkrecirovat' na pylinki po sravneniyu s variantom $\zeta$ = $\zeta_0$ . Na poverhnostyah pylinok eti molekuly posledovatel'no prisoedinyayut k sebe po odnomu atomu vodoroda do prevrasheniya v ammiak.

Krome vsego perechislennogo ammiak razrushaetsya pri povyshenii skorostei ionizacii kosmicheskimi luchami za sch t reakcii s himicheski aktivnym ionom He⁺:

NH₃ + He⁺

NH₂⁺ + H + He

NH₃ + He⁺

NH⁺ + 2H + He

Vsledstvie etih treh processov soderzhanie ammiaka na pylinkah znachitel'no vozrast t (ris 5), no upadet v gazovoi faze.

Ris. 3. Shema, pokazyvayushaya glavnye himicheskie reakcii obrazovaniya ionov H₃⁺, He⁺ i N₂H⁺ (kontur), reakcii, otvetstvennye za razrushenie iona N₂H⁺ v usloviyah povyshennoi $\zeta$ (zhirnyi kontur)

Ris. 4. Shema, pokazyvayushaya glavnye himicheskie reakcii, otvetstvennye za obrazovanie
molekuly NH₃ (kontur) i razrushenie v usloviyah povyshennoi $\zeta$ (zhirnyi kontur)

3.2. Molekula H₂O

Kak uzhe govorilos', shema reakcii obrazovaniya vody v obshih chertah pohozha na ammiachnuyu shemu, no ved t sebya voda pri povyshenii $\zeta$ otlichno ot ammiaka (risunki 3 i 4) Shema obrazovaniya vody pokazana na risunke 6 i zapisyvaetsya tak:

O + CRP

O⁺ + e^- + CRP

O⁺ + H₂

OH⁺ + H 1.71x10^-9

OH⁺ + H₂

H₂O⁺ + H 1.01x10^-9

H₂O⁺ + H₂

H₃O⁺ + H 8.34x10^-10

H₃O⁺ + e^-

H₂O + H

Mehanizm, privodyashii k umen'sheniyu soderzhaniya ammiaka v oblake ne rabotaet v sluchae vody po neskol'kim prichinam. Vo-pervyh, koefficienty skorostei reakcii iz cepochki ne tak maly, kak v sluchae ammiaka i sama cepochka dlya vody koroche (znachit, u elektronov men'she shansov uvesti iony iz cepochki). Vo-vtoryh koefficienty reakcii rekombinacii ne tak veliki, kak v predydushem sluchae:

O⁺ + e^-

O 2.89x10^-11

OH⁺ + e^-

O + H 2.05x10^-7

OH₂⁺ + e^-

OH + H 1.89x10^-6

OH₂⁺ + e^-

O + 2H 1.89x10^-6

V-tret'ih, obrazovaniyu promezhutochnyh ionov iz cepochki (a, znachit, i samoi vody) horosho pomogayut pri povyshenii $\zeta$ reakcii s himicheski aktivnymi ionami, kak, naprimer, takie:

O + H₃⁺

OH⁺ + H₂

O + N₂H⁺

OH⁺ + N₂

OH + H₃⁺

H₂O⁺ + 2H

Sovokupnost' etih prichin obuslavlivaet povyshenie obiliya vody dlya $\zeta_0$ < $\zeta$ < (3-4) $\zeta_0$ . Krome togo, obilie vody povyshaetsya i na pyli (risunok 5) kak po prichine udlineniya vremennoi shkaly (molekuly imeyut bol'she vremeni dlya vymerzaniya na pyli) tak i iz-za povyshennogo obrazovaniya etih molekul.

Padenie soderzhaniya vody v yadre molekulyarnogo oblaka pri bolee vysokih $\zeta$ , po-vidimomu, ne svyazano s reakciyami v gazovoi faze. Samoe pervoe i prostoe ob'yasnenie podobnogo povedeniya molekul vody sostoit v tom, chto pri takih $\zeta$ vremennaya shkala uzhe udlinilas' nastol'ko, chto gorazdo bol'shee chislo molekul vymorozitsya na pyli, po sravneniyu s variantami $\zeta$ < (3-4) $\zeta_0$ , chto i privedet k padeniyu soderzhaniya vody v yadre oblaka. (Na risunke 5 eto trudno zametno iz-za masshtaba.)

Ris. 5. Soderzhanie molekul NH₃ i H₂O na pyli

Ris. 6. Shema, pokazyvayushaya glavnye himicheskie reakcii, otvetstvennye za obrazovanie molekuly H₂O pri $\zeta$ = $\zeta_0$ (kontur) i v usloviyah povyshennoi $\zeta$ (zhirnyi kontur)

3.3. Chto zhe dal'she?

Krome molekul NH₃, N₂H⁺ i H₂O ya nachala rassmatrivat' eshe i molekuly SO i NSO⁺, soderzhanie kotoryh tozhe menyaetsya pri povyshenii skorosti ionizacii. Eti molekuly yavlyayutsya vazhnymi s nablyudatel'noi tochki zreniya, o ch m uzhe govorilos' vyshe. Himicheskie cepochki obrazovaniya i razrusheniya etih molekul nastol'ko raznoobrazny i zaputany, chto dlya nih ya poka ne nashla prostyh ob'yasnenii, podobnyh tem, chto privela v etoi rabote, s etimi soedineniyami rabota eshe ne zakonchena. Hotya, predvaritel'no mozhno skazat', chto umen'shenie ih soderzhaniya pri $\zeta$ > $\zeta_0$ svyazano s vymorazhivaniem na pyli iz-za udlineniya vremennoi shkaly szhatiya oblaka.

Obiliya molekul, poluchennye po rezul'tatam model'nyh raschetov, sovpadayut s temi, kotorye poluchayutsya iz nablyudenii (krome teh sluchaev, o kotoryh govorilos' vyshe). Ochen' interesnym i vazhnym yavlyayutsya poiski ob'ektov, v kotoryh oblasti ponizheniya koncentracii N₂H⁺ v yadrah oblakov sovpadayut s analogichnymi oblastyami dlya molekuly NH₃, dlya chego neobhodimo provodit' nablyudeniya s vysokim uglovym razresheniem. Neobhodimost' etih nablyudenii otmechaetsya izvestnymi uchenymi-nablyudatelyami, naprimer, v rabote [1]. Ochen' nadeyus', chto takie nablyudeniya skoro poyavyatsya.

<< 2. Metod | Oglavlenie | 4. Zaklyuchenie >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: molekuly - ionizaciya Publikacii so slovami: molekuly - ionizaciya
Sm. takzhe: DNK: molekula, kotoraya opredelyaet Vas Tumannosti IC 59 i IC 63 v Kassiopee Obnaruzhenie goryachego vodyanogo para v obolochke uglerodnoi zvezdy. Central'naya molekulyarnaya zona nashei Galaktiki M101 v teleskop Spicera Fullereny: miniatyurnye kosmicheskie kapsuly vremeni Ionizacionnoe ravnovesie Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce

3. Rezul'taty

Razdely

3.1. Molekuly NH₃ i N₂H⁺

3.2. Molekula H₂O

3.3. Chto zhe dal'she?

3. Rezul'taty

Razdely

3.1. Molekuly NH3 i N2H+

3.2. Molekula H2O

3.3. Chto zhe dal'she?

3.1. Molekuly NH₃ i N₂H⁺

3.2. Molekula H₂O