Диффузная материя

• Астрономические объекты

Пространство между объектами Вселенной не пусто

Космос между звёздами, планетами, галактиками и туманностями не абсолютно пустой. Он заполнен разрежённой материей — диффузной средой. Это отдельные атомы и молекулы, а также плотные образования — газопылевые облака и туманности.

Большую часть материи во Вселенной составляет излучение — свет и другие виды электромагнитных волн.

Очень низкая плотность среды

Плотность диффузной материи чрезвычайно мала — в 10^24 раз меньше плотности воды. Это значит, что в кубическом сантиметре может быть всего несколько частиц. Однако даже такая маленькая плотность влияет на свет: он ослабевает при прохождении через межзвёздное пространство.

Межзвёздная пыль, хотя и встречается редко, сильно поглощает свет, особенно синий. Поэтому далёкие звёзды кажутся более красными.

Открытие поглощения света

В 1847 году астроном В. Я. Струве заметил, что свет далёких звёзд становится слабее по пути к нам. Он предположил, что это происходит из-за пыли и газа в межзвёздном пространстве. Пылевые облака поглощают свет в сотни раз сильнее, чем разрежённая среда.

Это открытие стало важным для понимания устройства Галактики.

Как межзвёздная среда влияет на свет

Даже при очень малой плотности, межзвёздная среда заметно ослабляет свет от удалённых звёзд. Особенно это важно при изучении далёких объектов. Чтобы правильно определить расстояние до звезды, нужно учитывать не только её яркость, но и поглощение света межзвёздной пылью.

Только в XX веке этот эффект был окончательно признан и стал важной частью астрономических исследований.

Распределение среды в Галактике

Межзвёздная среда сосредоточена в плоскости Галактики. Газовые туманности и облака пыли испускают радиоволны, которые помогают их изучать даже тогда, когда они невидимы в обычный свет. Радионаблюдения дают представление о структуре и движении вещества в нашей Галактике.

Состав диффузной материи

Основные компоненты диффузной материи — водород и гелий. Также в ней есть следы других элементов и молекул. Межзвёздная пыль состоит из микроскопических частиц, содержащих углерод, металлы и соединения силикатов.

Эта пыль играет важную роль в поглощении света и образовании новых молекул.

Межзвёздная пыль и газ

Межзвёздная пыль находится в тонком слое около галактической плоскости. При прохождении света через 1000 парсек она ослабляется примерно на 1,5 звёздной величины.

Это затрудняет определение истинной яркости и расстояния до звёзд. Астрономам нужно учитывать не только общее поглощение, но и наличие темных облаков, полностью скрывающих свет.

Разные типы газопылевых облаков

Одни и те же облака могут выглядеть по-разному. Непрозрачные для света, они наблюдаются как тёмные пятна на фоне звёздного неба.

Если такое облако освещается горячей звездой, его газ начинает светиться. Такие светящиеся облака называют диффузными туманностями. Например, Туманность Ориона хорошо видна в бинокль, а её детали можно рассмотреть на фотографиях.

Созвездие Ориона

Туманность Ориона — один из самых известных примеров диффузной туманности. Она находится в центральной части созвездия Ориона и активно рождает новые звёзды. Её газ светится под действием молодых горячих звёзд.

Существует много подобных туманностей — все они имеют неправильную форму и содержат яркие линии водорода и других газов в своём спектре.

Планетарные туманности

Планетарные туманности — это оболочки газа, выброшенные звёздами на завершающем этапе их жизни. Они окружены остатками звезды — белыми карликами. Газ в таких туманностях светится так же, как и в диффузных, из-за ионизации.

Эти туманности помогают пополнять межзвёздную среду новым веществом.

Темная материя

Только 5% массы Вселенной приходится на обычное вещество. Оставшиеся 95% — это темная материя (25%) и темная энергия (65–70%).

Темная материя взаимодействует с обычной только через гравитацию. Скорее всего, она состоит из пока неизвестных частиц. Темная энергия равномерно заполняет пространство и вызывает ускоренное расширение Вселенной.

Нейтральный водород и молекулярный газ

Нейтральный водород — самый распространённый элемент в межзвёздном пространстве. Он не светится в видимом свете, но излучает радиоволны длиной 21 см. По этому излучению астрономы определяют количество водорода и его движение в Галактике.

Молекулярный газ и другие химические элементы тоже находятся в межзвёздной среде. Их изучают с помощью радионаблюдений и спектроскопии.

Химический состав межзвёздного газа

Помимо водорода и гелия, в космосе найдены такие молекулы, как OH, H₂O, CO, NH₃ и даже сложные органические соединения. Это говорит о том, что в космосе происходят химические реакции, ведущие к образованию сложных молекул.

Магнитное поле, космические лучи и радиоизлучение

В Галактике есть общее магнитное поле, которое направляет движение заряженных частиц — космических лучей. Эти частицы создают синхротронное излучение, наблюдаемое на длинных радиоволнах.

Наиболее сильное радиоизлучение идёт из области Млечного Пути, где плотность вещества и магнитное поле самые сильные.

Гравитационное взаимодействие во Вселенной

Гравитация — главное взаимодействие в космосе. Именно она заставляет газ и пыль собираться в звёзды. В газопылевых облаках возникают сгустки, которые со временем превращаются в новые звёзды.

Звёзды обычно рождаются группами — звёздными ассоциациями или скоплениями.

Рождение диффузной материи

Идея о том, что звёзды рождаются из разрежённой материи, существовала ещё в древности. Сегодня мы знаем, что диффузная материя постоянно обновляется: газ и пыль выбрасываются звёздами и затем снова собираются в новые объекты.

Процесс обогащения межзвёздной среды

За время существования Галактики звёзды выбросили огромное количество вещества в космос. Только от планетарных туманностей в межзвёздное пространство попало вещество, масса которого сравнима с десятками миллионов Солнц.

Этот процесс продолжается: звёзды теряют массу, обогащая межзвёздную среду химическими элементами.

Цикл материи во Вселенной

Масса диффузной материи не остаётся постоянной: она прибывает за счёт выбросов звёзд и убывает при образовании новых звёзд. Так замыкается космический цикл вещества: звёзды рождаются из газа, живут, выбрасывают его обратно, и на его основе формируются новые поколения звёзд.

Этот цикл важен для эволюции Вселенной и появления сложных элементов, необходимых для жизни.