Линии гидроксила 18 см впервые были зарегистрированы в эмиссии в 1965 г. Их свойства оказались столь необычны, что они заслужили название мистериум . Излучение исходило из окрестностей зон HII вокруг молодых горячих звезд. Профиль линий имел сложную многокомпонентную форму. Интерферометрические наблюдения показали, что каждый пик в профиле излучается отдельным источником ( горячим пятном , мазерной конденсацией) размером от 1 до 10 а.е. (рис. 5.17). Потоки мазерных эмиссионных деталей достигали тысяч Ян при очень малой ширине профиля (0.6–3 кГц). Яркостная температура мазерных конденсаций доходила до 1012 K. Отмечалась круговая поляризация излучения, степень поляризации до 100%. Области звездообразования излучали в основном главные линии 1665 и 1667 МГц, сателлитные линии были гораздо слабее. Затем последовало открытие мазеров OH в околозвездных оболочках красных гигантов – переменных звезд типа Миры Кита и полуправильных переменных, а также ИК-объектов, получивших название OH/ИК-звезды . В звездных мазерах OH преобладает излучение в сателлитной линии 1612 МГц, главные линии, как правило, слабее (§6.1). В 1968 г. в межзвездных облаках было также найдено гораздо более слабое тепловое излучение OH.

Первые мазеры во вращательной линии H2O 616–523 на волне 1.35 см (n = 22235.08 МГц, рис. 5.18) были открыты в 1968 г. в направлении известных источников мазерного радиоизлучения OH в областях звездообразования. В отличие от молекулы OH, где мазерный эффект имеет место в основном вращательном состоянии, в молекуле H2O мазерные уровни расположены высоко над основным состоянием, энергия возбуждения соответствует температуре 644 K. Поэтому мазер H2O – гораздо более энергоемкое явление, чем мазер OH. В дальнейшем мазерное излучение воды было найдено в оболочках звезд поздних классов. Излучение H2O испытывает сильную переменность, яркостная температура у наиболее мощных источников в областях звездообразования достигает 1015 K. Рекорд принадлежит мазеру H2O Ori A, поток которого в течение длительного времени сохранялся на уровне 2 млн. Ян (Tb ~ 1017 K). Дисперсия скоростей отдельных мазерных деталей H2O достигает десятков и сотен км/с (в источнике W49 – до 500 км/с). По-видимому, имеет место ускорение мазерных конденсаций звездным ветром массивной молодой звезды. Наиболее вероятный механизм накачки мазеров H2O – столкновительный в среде с T ~ 1000 K и n ~ 109 см–3.

Отдельные конденсации в мазерах H2O могут представлять собой легкие тела типа протопланет, это объясняет высокую дисперсию их скоростей, создаваемую при воздействии звездного ветра. Для ярких мазеров OH и H2O (Ori A, W51, Sgr B2) методом РСДБ получены карты высокого разрешения с интервалом в несколько лет. Измерены собственные движения (угловые перемещения) отдельных мазерных конденсаций (порядка нескольких миллисекунд дуги в год), подтверждающие общую картину разлета от общего центра. В то же время из профиля линии известна дисперсия скоростей конденсаций вдоль луча зрения. В предположении сферически-симметричного расширения системы конденсаций это дает независимую оценку расстояния до источника. Для мазера H2O Ori A таким способом получено D = 480 ± 80 пк, в согласии с оценками расстояний оптическими методами (500 пк). Особый интерес представляет величина D, найденная для источника Sgr B2 вблизи галактического центра: согласно этим данным, расстояние до центра Галактики R0 = 7.1 ± 1.5 кпк, т.е. близко к найденному по первым обзорам 1950-х гг. в линии 21 см (8.2 кпк).

В некоторых мазерах H2O (например, в Ori A) наблюдались структуры, похожие на протопланетные кольца. Таким образом, исследования мазеров в областях звездообразования с высоким угловым разрешением дают материал не только для звездной, но и для планетной космогонии.

Окись кремния (SiO). Мазеры SiO наблюдаются во внутренних областях околозвездных оболочек звезд-гигантов поздних классов (§6.1) во вращательных переходах J=1–0, (l = 7 мм), 2–1 (3.5 мм) и т.д. Отличительная особенность мазера SiO – то, что наблюдаются переходы в возбужденных колебательных состояниях v = 1, 2, 3 (рис. 6.4). Соответствующие переходы в состоянии v = 0 – немазерные. Единственный известный мазер SiO в области звездообразования находится в Туманности Ориона.

Метанол (CH3OH). CH3OH – очень распространенная в межзвездной среде молекула, вторая по обилию составляющая межзвездных пылинок (после H2O). Молекула представляет собой почти симметричный волчок (с малым значением параметра асимметрии k). Имеет около 200 разрешенных переходов, доступных для радионаблюдений. К настоящему времени наблюдалось около 20 переходов. Существуют две разновидности CH3OH – A и E. Они отличаются взаимной ориентацией спинов ядер водорода относительно оси вращения молекулы (фактически это две разные молекулы).

Метанольные мазеры известны с 1987 г. Они встречаются только в ядрах облаков или в областях звездообразования и никогда – в оболочках звезд поздних классов. Обнаруженные к настоящему времени мазеры CH3OH делятся на два класса (см. таблицу 6). Различие классов отражает разные условия накачки в конденсациях, где формируются мазеры. Наиболее интенсивные вращательные переходы: A+-метанол – 6.6 ГГц (51–60), E-метанол – 12.2 ГГц (20–3–1).

Светимости мазеров .Угловые размеры менее 20 мс дуги. Яркостная температура Tb достигает 1010 K. Иногда наблюдается переменность излучения, но довольно слабая, т.е. мазеры, скорее всего, насыщены. Часто мазерные конденсации расположены вдоль линий или дуг, сосредоточены вдоль джетов, ударных фронтов или протопланетных дисков, видимых с ребра.

Таблица 6

Классификация метанольных мазеров

Мазеры CH3OH I класса локализованы в холодных молекулярных облаках: Tкин ~ 30 K, n(H2) ~ 105 см–3, X(CH3OH) ~ 10–6. Метанольные мазеры II класса обычно находятся на границах компактных зон HII (вокруг массивных звезд с ), в химически неравновесной зоне с n(H2) ~ 3×106 см–3; они тесно связаны с мазерами OH и H2O.