Дифузні (світлі) туманності

Один з найкрасивіших об’єктів на зоряному небі, це добре видима в телескоп туманність Оріона. Її м’який, з зеленуватим відтінком колір, поступово тьмяніє до країв, блукаючі тіні, місцями м’які, місцями грубі і різкі, діамантове сяйво чотирьох близьких один до одного зірок, трапеції – все це створює картину неперевершеною краси.

Жоден телескоп ще не зміг розділити цю світиться масу на зірки, а спектральні дані показують, що і не розділить ніколи, так як туманність Оріона це дійсно лише листотуманне газу, що виблискує у світлі центральних зірок. Але, що змушує туманність світитися?

Туманність в Оріоні має яскравий лінійчатий спектр, в якому переважають лінії водню, сильно іонізованого кисню і гелію. Але, інші туманності мають подібний склад не світяться зовсім! Так у чому ж справа?

Свого часу великий Едвін Хаббл показав, що в безпосередньому сусідстві з кожної дифузійної туманністю знаходиться дуже гаряча зірка зі спектром, подібним спектру туманності в Оріоні.

Так що, фізична теорія, що пояснює, як і чому світять такі туманності, дуже проста. Щільності і тиску в туманностях так малі, що за земними масштабами ми вважали б будь-яку таку туманність абсолютним вакуумом. У наших фізичних лабораторіях атом ніколи не вдається ізолювати; він постійно стикається або з одним зі своїх співтоваришів, або з атомами стінок посудини. Бажаючи спостерігати атомні процеси в їх величної простоти, ми повинні звернутися до дифузним туманностям або до міжзоряного газу, які, очевидно, є місцями, де атомам надана свобода діяти практично без всяких обурень.

Атоми газу бомбардуються випромінюванням оточуючих зірок. Порушити їх можуть тільки світлові кванти дуже високої частоти, в достатку що посилаються білими гігантами спектральних класів В і О. Більшість квантів низьких частот просто пройде через газ, не взаємодіючи з ним помітним чином.

Високочастотний квант, стикаючись з нейтральним атомом, може передати йому достатньо енергії, щоб викликати відрив одного з електронів. Атом при цьому не залишається електрично нейтральним, а стає позитивно зарядженим або іонізованним.

Електрон звільняється і відправляється в самостійну подорож по міжзоряного простору. Що може статися з таким електроном? Зі своїм негативним зарядом він завжди готовий об’єднатися з будь-яким доступним позитивним іоном, але таких іонів дуже мало. Наш початковий іон зустрічає той же перешкода в пошуках електрона, який би повернув його в нейтральне стан.

Одного разу іонізований атом може подорожувати в космічному вакуумі протягом декількох днів, перш ніж він зіткнеться з вільним електроном, який нейтралізує його заряд, адже в «міжзоряних лабораторіях» фізичні процеси йдуть повільно. Атоми в надрах зірок або в наших земних фізичних лабораторіях постійно стикаються один з одним. Атоми ж в дифузних туманностях знаходяться на величезних відстанях один від одного і стикаються дуже рідко.

Час від часу один з вільних електронів буде захоплюватися позитивно зарядженим іоном. Припустимо, що електрон захоплюється іоном водню, т. Е. Протоном. Відповідно до сучасної атомної теорії захоплений електрон може потрапити на будь-яку з стаціонарних орбіт нейтрального атома водню. Якщо електрон потрапляє на найглибшу орбіту, відповідну мінімальної енергії, то на цьому процес припиняється. Як побічний продукт при захопленні буде ізлучён єдиний ультрафіолетовий квант.

Нерідко вільний електрон потраплятиме на орбіти більшої енергії. Водневий атом не може перебувати в збудженому стані довше малої частки секунди, і захоплення негайно супроводжується перебудовою новоутвореного нейтрального атома. Електрон каскадно падає з орбіти на орбіту, поки не досягне найглибшій. Там він залишається до тих пір, поки атом не зазнає впливу нового ультрафіолетового кванта і не почнеться нова послідовність.

Під час каскадного процесу електрон спускається з орбіт, відповідних високому енергетичному рівню, на орбіти з низькими рівнями. Є певна ймовірність, що в ході цього процесу буде виданий квант, що відповідає одному з бальмеровських переходів. Тобто, в буквальному сенсі «народиться світло», а якщо точніше, то не народиться, а відбивається.

Таким чином, Е. Хаббл встановив, що туманності зі «спектром випускання», тобто «світяться» для стороннього спостерігача, завжди знаходяться близько від дуже гарячих зірок спектральних класів О, ВО і В1. Туманності ж зі «спектром поглинання» завжди пов’язані з більш холодними зірками.

Посилання на основну публікацію