Химия в бурной межзвездной среде

Химия в бурной межзвездной среде

В космосе было обнаружено более 200 молекул, некоторые из которых (такие как Buckminsterfullerene) очень сложны. Кроме того, что эти молекулы по своей природе интересны, они излучают тепло, помогая гигантским облакам из межзвездного материала охлаждаться и сжиматься, образуя новые звезды. Астрономы используют излучение этих молекул для изучения местных условий, например, когда планеты образуются в дисках вокруг молодых звезд.

Относительное изобилие этих молекулярных видов является важной, но длительной головоломкой, зависящей от многих факторов, начиная от изобилия основных элементов и напряженности поля ультрафиолетового излучения до плотности, температуры и возраста облака. Обилие малых молекул (с двумя или тремя атомами) особенно важно, поскольку они образуют ступеньки к более крупным видам, и среди них те, которые несут чистый заряд, еще более важны, поскольку они легче подвергаются химическим реакциям.

Современные модели диффузной межзвездной среды предполагают однородные слои ультрафиолетового освещенного газа либо с постоянной плотностью, либо с плотностью, плавно меняющейся в зависимости от глубины залегания облака. Проблема в том, что прогнозы моделей часто расходятся с наблюдениями.

Однако десятилетия наблюдений также показали, что межзвездная среда неоднородна, но довольно турбулентна, с большими колебаниями плотности и температуры на небольших расстояниях. Астроном Шмуэль Биали руководил группой ученых, изучавших обилие четырех ключевых молекул — Н2, OH+, H2O+, и ArH+ — в сверхзвуковой (с движениями, превышающими скорость звука) и турбулентной среде.

Эти молекулы являются полезными астрономическими зондами и очень чувствительны к колебаниям плотности, которые естественным образом возникают в турбулентных средах. Основываясь на своих предыдущих исследованиях поведения молекулярного водорода (H2) в турбулентных средах, ученые провели детальное компьютерное моделирование, включающее широкий спектр химических путей, а также модели сверхзвуковых турбулентных движений при различных сценариях возбуждения, вызванных ультрафиолетовым излучением и космическими лучами.

Их результаты по сравнению с обширными наблюдениями за молекулами показывают хорошее согласие. Однако диапазон турбулентных условий широк, а прогнозы соответственно широки, так что, хотя новые модели лучше объясняют наблюдаемые диапазоны, они могут быть неоднозначными и объяснять конкретную ситуацию несколькими различными комбинациями параметров. Авторы приводят аргументы в пользу дополнительных наблюдений и моделей следующего поколения, чтобы более жестко ограничивать выводы.

Популярные материалы