Межзвездная среда и звездообразование
Состав межзвездной среды
•Основной компонент МЗС – это водород (~ 70 % полной массы), который присутствует там в различных формах: нейтральный атомарный
водород, молекулярный водород (H2), ионизованный водород.
•Около 28 % массы приходится на гелий и ~ 2 % на долю остальных элементов.
•Помимо газа в МЗС имеются твердые частицы (пыль). Отношение массы пыли к массе газа ~ 0.01.
Двухфазная модель межзвездной среды
В простейшей двухфазной модели в некотором интервале давлений нейтральная МЗС распадается на две устойчивые фазы (находящиеся в равновесии давлений): плотную холодную («облака»), T ~ 100 K,
n ~ 10 см-3, и разреженную горячую («межоблачная среда»), T ~ 104 K, n ~ 0.1 см-3.
Основные компоненты МЗС
Фаза
Корональный газ
Зоны HII низкой плотности
Межоблачная среда
Теплые области HI
Облака HI
Темные облака
Глобулы
Области HII
Гигантские молеку- лярные облака
Мазерные
конденсации
T (K) |
n (см-3) |
M (Msun) |
L (пк) |
fV |
~ 5·105 |
~ 0.003 |
- |
- |
~ 0.5 |
~104 |
~ 0.3 |
- |
- |
~ 0.1 |
~104 |
~ 0.1 |
- |
- |
~ 0.4 |
~103 |
~ 1 |
- |
- |
~ 0.01 |
~ 80 |
~ 10 |
~ 100 |
~ 10 |
~ 0.01 |
~ 10 |
~103 |
~ 300 |
~ 1 |
~ 10-5 |
~ 10 |
~104 |
~ 30 |
~ 0.3 |
~ 3·10-9 |
~104 |
~ 30 |
~ 300 |
~ 10 |
~ 10-4 |
~ 20 |
~ 300 |
~ 3·105 |
~ 40 |
~ 3·10-4 |
> 100 |
~ 1010 |
|
~ 10-5 |
|
Механизмы нагрева и охлаждения
Основные механизмы нагрева
•Ультрафиолетовое излучение звезд (фотоионизация).
•Нагрев ударными волнами.
•Объемный нагрев газа проникающей радиацией и космическими лучами
•Объемный нагрев газа жестким электромагнитным излучением (рентгеновскими и гамма-квантами).
Основные механизмы охлаждения
•Свободно-свободное (тормозное) излучение
•Рекомбинационное излучение
•Излучение в спектральных линиях
•Излучение пыли
•Ионизация электронным ударом
Космические лучи
•Поток космических лучей в окрестности Солнечной системы составляет ~ 1 частица/см2·с. Отсюда средняя концентрация быстрых протонов в межзвездной среде ~ 10-10–10-11см-3.
•В составе космических лучей больше всего протонов (~ 90 % по числу частиц). Ядра гелия по числу частиц составляют около 7 %. Особенностью КЛ является относительно большое обилие ядер лития, бериллия, бора (~ 0.14 %), в то время как в межзвездной газо-пылевой среде их очень мало (~ 10-6 %).
•Спектр энергии КЛ имеет степенной характер, хотя показатель спектра может меняться в разных областях. Средняя плотность энергии КЛ близка к 10-12 эрг/см3.
•Вероятнее всего КЛ ускоряются при вспышках сверхновых и (или) в пульсарах.
Дифференциальный спектр космических лучей в межпланетном пространстве вблизи орбиты Земли: 1 - протоны; 2 - -частицы галактических космических лучей; 3 - протоны от солнечных вспышек.
Для сравнения показаны
спектры протонов и -частиц
Происхождение космических лучей
Зависимость потока гамма- лучей от галактической долготы l по данным наблюдений (вертикальные чёрточки) в сравнении с результатами расчёта (сплошная кривая) на основе гипотезы об остатках вспышек сверхновых как главном источнике космических лучей.
Механизмы ускорения КЛ
•Механизм Ферми.
Взаимодействие между частицей и межзвездными облаками, которые движутся вместе с вмороженными магнитными полями
(магнитная бутылка). Пробки сближаются со скоростью U << V . За одно столкновение частица приобретает скорость 2U, число столкновений в единицу времени V /2L.
dV |
|
V dL |
|
V |
2U |
||
|
|
|
|
||||
dt |
L dt |
2L |
|||||
|
|
|
|||||
•Статистический механизм ускорения (при хаотическом движении частицы между облаками). При встречных столкновениях с облаками энергия частицы возрастает, при догоняющих – уменьшается. Относительная скорость при встречных столкновениях выше, поэтому и число таких столкновений больше. Газ тяжелых облаков находится в равновесии с газом частиц. Направление процесса должно вести к установлению равнораспределения энергии между облаками и частицами. Роль магнитного поля сводится к отражению частиц от облаков.