5. Туманности и их роль в процессе эволюции галактик и звездообразовании

Пространство между звездами заполнено разреженным веществом, излучением и магнитным полем. В межзвездной среде открыты огромные холодные области (молекулярные облака) с температурой 5-50 К и очень горячий газ с температурой 106 К - корональный газ. По температуре и плотности межзвездные облака делят на четыре разных типа.

Таблица 1. Типы межзвездных облаков. Современная классификация.

Среди молекулярных облаков выделяются гигантские молекулярные облака с массами 10⁵–10⁶ М_Солнца. Температура таких облаков от 5 до 30 К. В галактическом диске примерно 6000 таких облаков, и в них содержится 90% всего молекулярного газа. Гигантские молекулярные облака, а, следовательно, диффузные, планетарные туманности, глобулы связаны с очагами звездообразования.

Рис.39. Круговорот газа и пыли в Галактике в процессе эволюции звезд.

В Галактике (особенно, в плоской составляющей) имеется также большое количество межзвездной пыли. Средний радиус пылинок составляет доли микрометра. В настоящее время считают, что пылинки состоят из смеси графитовых и силикатных частиц, покрытых оболочками из органических молекул и льда. Суммарная масса пыли всего 0,03 % полной массы Галактики, ее полная светимость составляет 30 % от светимости звезд и полностью определяет излучение Галактики в инфракрасном диапазоне. Температура пыли 15–25 К. Звезды образуются в результате гравитационной неустойчивости в холодных и плотных молекулярных облаках. Поэтому звезды всегда рождаются группами (скоплениями, комплексами). Гигантские молекулярные облака с массами, большими 10⁵ М_Солнца (их известно более 6 000), содержат 90 % всего молекулярного газа Галактики. Именно с ними связаны области звездообразования. Если бы гигантские молекулярные облака в Галактике свободно сжимались из-за гравитационной неустойчивости, то за 50 миллионов лет из них образовались бы звезды. Сжатию способствуют ударные волны при расширении остатков вспышек сверхновых, спиральные волны плотности и звездный ветер от горячих ОВ-звезд. Температура вещества при переходе от молекулярных облаков к звездам возрастает в миллионы раз, а плотность – в 10²⁰ раз.

Таким образом, именно глобулы являются местом, где рождаются звезды, так как это области наиболее холодные и плотные.

Рис.40. Диффузная туманность М 8 "Лагуна".

Рис.41. Темные туманности "Орел" М 16 в созвездии Змея.

Рис.42. В направлении на центр нашей Галактики наблюдается много пыли
и холодных молекулярных облаков.

Планетарные туманности – это конечные фазы эволюции звезд. Классическая планетарная туманность – это сброшенная оболочка звезды, подсвеченная появившимся белым карликом. Звезда, наблюдаемая в центре планетарной туманности, активно теряет вещество в виде мощного медленного (10–20 км/с) ветра, а потом появившийся из нее белый карлик своим ультрафиолетовым излучение ионизует вещество выброса. Поскольку количество вещества, сбрасываемое всеми планетарными туманностями за год в нашей Галактике достаточно существенно и приводит к обогащению более тяжелыми элементами молекулярных облаков, то можно сказать, что планетарные туманности играют значительную роль в процессе эволюции звезд и Галактики.

Диффузные туманности – это яркие, эмиссионные туманности, свечение молекулярных облаков вызвано наличием одной или нескольких горячих звезд спектральных классов О или В. Поскольку эволюция таких звезд очень быстрая, то постепенно диффузные туманности могут переходить в темные и плотные молекулярные облака. В дальнейшем, в процессе конденсации вещества в плотных молекулярных облаках, могут формироваться протозвезды.

Межзвездное вещество в Галактике практически одно и то же, по химическому составу практически одинаково, но находится в разных фазах.

Таблица. 2. Характеристики спектров туманностей.

Первоначально межзвездный газ в Галактике не содержал пыли. Она появилась по мере старения звезд с холодной оболочкой - красных гигантов, при взрывах новых и сверхновых звезд, истечения вещества в планетарных туманностях. В процессе нового звездообразования будут принимать участие и пыль, и межзвездный газ. Поэтому, все вышеперечисленные объекты принимают участие в кругообороте вещества (газа и пыли) и являются активными компонентами процесса эволюции нашей Галактики.

Как получаются такие красивые фотографии небесных объектов?

Рис. 43. Очень горячий газ в диффузной туманности М 17.

В левой верхней части изображение М 17, полученное рентгеновским телескопом Чандра. Далее показана последовательная обработка данных, проведенная с целью изучения диффузного излучения (красный цвет соответствует более холодному газу – около 1 миллионов К, а синий – горячему – около десятков миллионов К). M17 – туманность Омега – это область ионизованного водорода. Она подсвечивается скоплением молодых массивных звезд (NGC 6618). Туманность расположена на границе массивного молекулярного облака. Расстояние до М17 примерно полтора кпк. На первом рисунке видно множество (около 900) точечных источников – это звезды скопления. Затем их последовательно убирали и "заделывали дыры", оставшиеся после "уборки", чтобы выделить диффузную компоненту. Это совсем непросто. Ученые приводят следующую аналогию: предположим, что сфотографировали станцию московского метро в час пик, а потом решили убрать с фотографии всех людей, и рассмотреть саму станцию. Именно так и поступают, когда хотят убрать звездный фон. Таким образом, современные рентгеновские данные, полученные с высоким пространственным разрешением, позволяют выделить множество точечных источников (звезд и т.д.), убрать их, и детально рассмотреть оставшуюся (в основном газовую) диффузную компоненту