процесс рекомбинации, когда свободный электрон захватывается протоном,

сопровождается переизлучением освободившейся энергии в виде квантов света.

Свет излучается не только водородом. Как считалось в XIX в., цвет

зеленоватых туманностей определяется излучением некоего «небесного»

химического элемента, который назвали небулием (от лат. nebula —

«туманность»). Но впоследствии выяснилось, что зелёным цветом светится

кислород. Часть энергии движения частиц электронного газа расходуется на

возбуждение атомов кислорода, т. е. на перевод электрона в атоме на более

далёкую от ядра орбиту. При возвращении электрона на устойчивую орбиту атом

кислорода должен испустить квант зелёного света. В земных условиях он не

успевает этого сделать: плотность газа слишком высока и частые столкновения

«разряжают» возбуждённый атом. А в крайне разреженной межзвёздной среде от

одного столкновения до другого проходит достаточно много времени, чтобы

электрон успел совершить этот запрещённый переход и атом кислорода послал в

пространство квант зелёного света. Аналогичным образом возникает излучение

азота, серы и некоторых других элементов.

Таким образом, область ионизованного газа вокруг горячих звёзд можно

представить в виде «машины», которая перерабатывает ультрафиолетовое

излучение звезды в очень интенсивное излучение, спектр которого содержит

линии различных химических элементов. И цвет газовых туманностей, как

выяснилось позднее, различен: они бывают зеленоватые, розовые и других

цветов и оттенков — в зависимости от температуры, плотности и химического

состава газа.

Некоторые звезды на заключительных стадиях эволюции постепенно

сбрасывают внешние слои, которые, медленно расширяясь, образуют светящиеся

туманности. При наблюдении в телескопы эти туманности напоминают диски

планет, поэтому они получили название планетарных. В центре некоторых из

них можно увидеть небольшие очень горячие звезды. Расширяющиеся газовые

туманности также возникают в конце жизни некоторых массивных звезд, когда

они взрываются как сверхновые; при этом звезды полностью разрушаются,

рассеивая свое вещество в межзвездное пространство. Это вещество богато

тяжелыми элементами, образовавшихся в ядерных реакциях, протекавших внутри

звезды, и в дальнейшем служит материалом для звезд новых поколений и

планет.

Что происходит в центре нашей Галактики?

Центральная область Млечного Пути приковывала внимание астрономов на

протяжении многих десятилетий. От нее до Земли всего 25 тыс. световых лет,

тогда как от центров других галактик нас отделяют миллионы световых лет,

поэтому есть все основания надеяться, что именно центр нашей Галактики

удастся изучить более подробно. Однако в течение длительного времени

непосредственно наблюдать эту область было невозможно, поскольку она скрыта

большими плотными облаками газа и пыли. Хотя открытия, сделанные при

наблюдениях рентгеновского и гамма-излучения, безусловно важны, наиболее

обширные и ценные спектроскопические исследования центра Галактики были

проведены в инфракрасном и радиодиапазонах, в которых он впервые

наблюдался. Довольно подробно изучалось радиоизлучение атомарного водорода

с длиной волны 21 см. Водород — наиболее распространенный элемент во

Вселенной, что компенсирует слабость его излучения. В тех областях Млечного

Пути, где облака межзвездного газа не слишком плотны и где ультрафиолетовое

излучение не очень интенсивно, водород присутствует главным образом в виде

изолированных электрически нейтральных атомов; именно хорошо различимые

радиосигналы атомарного водорода детально картировались для установления

структуры нашей Галактики.

На расстояниях более 1000 св. лет от центра Галактики излучение атомарного

водорода дает надежные данные о вращении Галактики и структуре ее

спиральных рукавов. Из него нельзя получить много информации об условиях

вблизи центра Галактики, поскольку там водород преимущественно объединен в

молекулы или ионизован (расщеплен на протон и электрон).

Мощные облака молекулярного водорода скрывают центр Галактики и наиболее

удаленные объекты, находящиеся в плоскости Галактики. Однако микроволновые

и инфракрасные телескопы позволяют наблюдать и эти облака, и то, что

находится сзади них в галактическом центре. Кроме молекулярного водорода

облака содержат много стабильных молекул окиси (монооксида) углерода (СО),

для которых наибольшая характеристическая длина волны излучения составляет

3 мм. Это излучение проходит через земную атмосферу и может быть

зарегистрировано наземными приемниками; особенно много окиси углерода в

темных пылевых облаках, поэтому она играет полезную роль для определения их

размеров и плотности. Измеряя доплеровский сдвиг (изменение частоты и длины

волны сигнала, вызываемое движением источника вперед или назад относительно

наблюдателя), можно определить и скорости движения облаков.

Обычно темные облака довольно холодные — с температурой около 15

К(—260°С), поэтому окись углерода в них находится в низких энергетических

состояниях и излучает на относительно низких частотах — в миллиметровом

диапазоне. Часть вещества вблизи центра Галактики явно более теплая. С

помощью Койперовской астрономической обсерватории исследователями из

Калифорнийского университета в Беркли зарегистрировали более энергичное

излучение окиси углерода в дальней инфракрасной области, указывающее на

температуру газа около 400 К, что приблизительно соответствует точке

кипения воды. Этот газ нагревается под воздействием идущего из центра

Галактики ультрафиолетового излучения и, возможно, ударных волн, которые

возникают при столкновениях облаков, движущихся вокруг центра.

В других местах вокруг центра окись углерода несколько холоднее и большая

часть ее излучения приходится на более длинные волны — около 1 мм. Но даже

здесь температура газа составляет несколько сотен кельвинов, т. е. близка к

температуре у поверхности Земли и гораздо выше, чем внутри большинства

межзвездных облаков. 'К другим детально изученным молекулам относятся

цианистый водород (HCN), гидроксил (ОН), моносульфид углерода (CS) и аммиак

(NH^). Карта излучения HCN высокого разрешения была получена на

радиоинтерферометре Калифорнийского университета. Карта указывает на

существование разбитого на отдельные сгустки, неоднородного диска из теплых

молекулярных облаков, окружающего «полость» шириной около 10 св. лет в

центре Галактики. Поскольку диск наклонен относительно линии наблюдения с

Земли, эта круглая полость кажется эллиптической (см. рис. внизу).

Атомы углерода и кислорода, часть которых ионизована ультрафиолетом,

перемешаны в диске с молекулярным газом. Карты инфракрасного и

радиоизлучений, соответствующих линиям испускания ионов, атомов и разных

молекул, показывают, что газовый диск вращается вокруг центра Галактики со

скоростью около 110 км/с, а также, что этот газ теплый и собран в отдельные

сгустки. Измерения обнаружили и некоторые облака, движения которых

совершенно не соответствуют этой общей схеме циркуляции; возможно, это

вещество упало сюда с некоторого расстояния. Ультрафиолетовое излучение

центральной области «ударяет» по внешнему краю облачного диска, создавая

почти непрерывное кольцо ионизованного вещества. Ионизованные стримеры и

сгустки газа имеются также в центральной полости.

Некоторые достаточно распространенные ионизованные элементы, включая неон,

лишенный одного электрона, аргон без двух электронов и серу без трех

электронов, имеют яркие линии излучения вблизи 10 мкм — в той части

инфракрасного спектра, для которого земная атмосфера прозрачна. Было также

обнаружено, что из всех элементов вблизи центра преобладает однозарядный

ионизованный неон, тогда как трехзарядный ион серы там практически

отсутствует. Чтобы отобрать три электрона у атома серы, нужно затратить

гораздо больше энергии, чем для того, чтобы отобрать один электрон у атома

неона; наблюдаемый состав вещества указывает на то, что в центральной

области поток ультрафиолетового излучения велик, но его энергия не очень

большая. Отсюда следует, что это излучение, по-видимому, создается горячими

звездами с температурой от 30 до 35 тыс. Кельвинов, и звезды с

температурой, существенно больше указанной, отсутствуют.

Спектроскопический анализ излучения ионов дал также подробную информацию о

скоростях разреженного вещества внутри

полости диаметром 10 св. лет, окружающей центр. В некоторых частях

полости скорости

близки к скорости вращения кольца молекулярного газа — около 110 км/с.

Часть облаков внутри этой области движется значительно быстрее — примерно

со скоростью 250 км/с, а некоторые имеют скорости до 400 км/с.

В самом центре обнаружено ионизованное вещество, движущееся со скоростями

до 1000 км/с. Это вещество ассоциировано с интересным набором объектов

вблизи центра полости, известным как IRS 16, который был обнаружен Беклином

и Негебауэром во время поиска источников коротковолнового инфракрасного

излучения. Большинство найденных ими очень небольших источников — это,

вероятно, одиночные массивные звезды, но IRS 16 (16-й в их списке

инфракрасный источник) представляет собой нечто иное: последующие измерения

выявили в нем .пять ярких необычных компонентов. Вся эта центральная

область — как теплый газовый диск, так и внутренняя полость — является, по-

видимому, сценой, где совсем недавно разыгралось какое-то бурное действие.

Кольцо или диск газа, вращающиеся вокруг центра Галактики, должны

постепенно превратиться в однородную структуру в результате столкновений

между быстро и медленно движущимися сгустками вещества. Измерения

доплеровского сдвига показывают, что разница между скоростями отдельных

сгустков в кольце молекулярного газа достигает десятков километров в

секунду. Эти сгустки должны сталкиваться, а их распределение сглаживаться в

масштабах времени порядка 100 тыс. лет, т. е. за один-два оборота вокруг

центра. Отсюда следует, что в течение этого промежутка времени газ

подвергся сильному возмущению, возможно, в результате выделения энергии из

центра или падения вещества с некоторого расстояния извне, и столкновения

между сгустками должны быть еще достаточно сильными, чтобы в газе возникали

ударные волны. Справедливость этих выводов может быть проверена путем

поиска «следов» таких волн.

Ударные волны могут быть идентифицированы по спектральным линиям горячих

сильно возбужденных молекул. Такие молекулы были обнаружены при наблюдениях

с Койперовской астрономической обсерватории; к ним относятся радикалы

гидроксила — электрически заряженные фрагменты молекул воды, которые были с

силой разорваны на части. Зарегистрировано также коротковолновое

инфракрасное излучение горячих молекул водорода; оно указывает, что в

некоторых местах температура облаков молекулярного газа достигает 2000 К —

именно такая температура может создаваться ударными волнами. Каков источник

плотных молекулярных пылевых облаков вблизи центра? Вещество содержит

тяжелые элементы; это указывает на то, что оно было образовано в недрах

звезд, где в результате элементы, такие как углерод, кислород и азот.

Старые звезды расширяются и испускают огромное количество вещества, а в

некоторых случаях взрываются как сверхновые. В любом случае тяжелые

элементы выбрасываются в межзвездное пространство. Вещество облаков,

находящихся вблизи центра Галактики, было, по-видимому, более основательно

«обработано» внутри звезд, чем вещество, расположенное дальше от центра,

поскольку вблизи центра особенно много некоторых редких изотопов,

образующихся только внутри звезд.

Не все это вещество было создано ранее существовавшими звездами в

непосредственной близости от центра. Возможно, часть облаков была притянута

извне. Под влиянием трения и магнитных полей вещество постепенно

стягивается по направлению к центру, поэтому в этой области оно должно

скапливаться..

Газ в Большом Магеллановом Облаке.

Светящиеся газовые туманности- одни из наиболее красивых и впечатляющих

объектов во Вселенной. Туманность 30 Золотой Рыбы является самой яркой и

большой из газовых туманностей трех десятков галактик местной группы,

включая нашу Галактику. Она имеет неправильную форму и огромные размеры. В

то время как Большая туманность в созвездии Ориона видна невооруженным

глазом в виде звезды с размытым изображением. Туманность 30 Золотой Рыбы

занимает на небе площадь, сравнимую с диском солнца или полной луны,

несмотря на то что она находится от нас в 100 с лишним раз дальше

туманности Ориона. Ее диаметр составляет около 1000 световых лет, а

туманности Ориона – всего три световых года. Газ туманности в значительной

степени ионизирован: большая часть атомов потеряла по крайней мере по

одному электрону. Оказывается, туманность 30 Золотой Рыбы содержит

ионизированного газа в 1500 раз больше, чем туманность Ориона. Ионизация

газа происходит под действием ультрафиолетового излучения, испускаемого

массивными горячими молодыми звездами, находящимися в туманности.

Двадцатый век породил удивительные науку и технику, они позволяют

человеческой мысли проникать в глубины Вселенной, поистине за пределы

известного мира. Наш кругозор и горизонты видимого мира расширились на

столько, что человеческий разум, пытающийся сбросить с себя оковы земных

предрассудков, едва способен овладеть им. Ученые, работающие в различных

областях науки, пытаясь с помощью физических законов объяснить загадочные

объекты, обнаруженные в наше время, убеждаются в том, что удивительная

Вселенная, в которой мы живём, в основном ещё нам не известна. Если же

какая-либо информация о Вселенной становится доступной, то часто даже самый

дерзновенный ум оказывается не подготовленным к её восприятию в той форме,

в какой её преподносит природа. Поражаясь необычности вновь открытых

небесных объектов, следует помнить, что за всю историю человечества, ни

одна наука не достигала столь феноменально быстрого развития, как наука об

этих уникальных объектах. И всё это буквально за последние десятилетия.

Утоляя присущую человеку неистощимую жажду познания, астрофизики неутомимо

изучают природу этих небесных объектов, бросающих вызов человеческому

разуму.

1.С.Данлоп «Азбука звёздного неба» (1990 г.)

2.И.Левитт «За пределами известного мира» (1978 г.)

3.Джон С. Матис «Объект необычайно высокой светимости в Большом

Магелановом Облаке» (В мире науки. Октябрь 1984 г.)

4.Чарлз Г. Таунс, Рейнгард Гензел «Что происходит в центре нашей

Галактики?» (В мире науки. Июнь 1990 г.)

5.Аванта плюс. Астрономия.

Страницы: 1, 2