Главная - Радиоастрономия - Результаты наблюдений радиолиний межзвездных молекул


Результаты наблюдений радиолиний межзвездных молекул
Наука - Радиоастрономия

Возможность наблюдения межзвездных радиолиний в L-удвоении основных состояний двухатомных молекул (OH, CH и др.) была предсказана И.С. Шкловским [АЖ, 1949, 26, 10]. Впервые линии OH l = 18 см наблюдались в межзвездной среде в 1963 г. в поглощении на фоне радиоисточника Cas A. Лучевые скорости и профили линий были в согласии с теми же параметрами линии 21 см HI, т.е. молекулы OH локализованы в тех же облаках, что и нейтральный водород. В 1965 г. были обнаружены источники очень интенсивного мазерного излучения в линиях OH l = 18 см (§5.6), а в 1968 г. – слабое тепловое излучение межзвездных облаков в тех же линиях. Содержание OH по отношению к нейтральному водороду XOH = nOH/nHI в среднем ~10–6. Отношение интенсивностей главных линий 1665 и 1667 МГц обычно близко к равновесному 5:9, а сателлит 1720 МГц бывает аномально усилен и по интенсивности почти равен линии 1667 МГц. Это указывает на отклонения населенностей подуровней основного состояния OH от равновесных.

В 1968 г. последовали открытия радиолиний еще сразу трех молекул: H2O, NH3 и H2CO. Всего с конца 1960-х гг. до настоящего времени обнаружено свыше 90 молекул (см. таблицу 5), наблюдалось более 4500 спектральных линий от них в широком диапазоне частот, от дециметровых до субмиллиметровых волн. Точную цифру назвать трудно, т.к. многие спектральные линии отождествляются неуверенно или пока не имеют отождествлений совсем. Многие из обнаруженных молекул относительно редки, их излучение наблюдается в одном-двух объектах (чаще всего, в межзвездных облаках, связанных с тепловыми радиоисточниками Sgr B2 и Ori A). Однако, некоторые молекулы (включая упомянутые OH, H2O, H2CO, NH3), а также CO, CS, HCN, HCO+ и др. очень распространены, легко наблюдаются (как в нашей Галактике, так и в других галактиках) и представляют собой полезный инструмент для исследования физических условий в межзвездном газе. Большое разнообразие молекул, найденных в межзвездных облаках, было неожиданностью. Ранее предполагалось, что многоатомные молекулы не могут образоваться и существовать длительное время в межзвездной среде, т.к. будут быстро разрушены УФ-излучением. Открытие многочисленных сложных молекул показало, что 1) в межзвездной среде существуют области, где молекулы сохраняются довольно долго, 2) есть эффективные механизмы образования сложных молекул. Появилась новая отрасль астрономии – химия межзвездной среды. Межзвездные молекулы – одно из выдающихся открытий радиоастрономии 1960–1970-х гг.

Таблица 5

Молекулы, обнаруженные в межзвездной среде и околозвездных оболочках

Количество атомов

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

13

H2 *

H2O

NH3

CH2NH

CH3OH

HC5N

HCOOCH3

HC7N

(CH3)2CO

HC9N

HC11N

H2+

C2H

H3O+

CH2CO

CH3CN

CH3NH2

CH3CCCN

CH3CH2OH

CH+*

HCN

H2CO

NH2CN

NH2CHO

CH3CCH

CH3CH2CN

CH

HNC

HNCO

HCOOH

CH3SH

CH2CHCN

CH3OCH3

OH

HCO+

H2CS

C4H

CH3NC

CH3CHO

CH3C4H

C2 *

HOC+

C3N

HC3N

HCCCHO

C6H

CN

HCO

HNCS

c-C3H2

C5H

CO

HCS+

c-C3H

CH2CN

H2CCCC

CO+*

N2H+

C3O

H2CCC

CH3NC

NO

H2S

C3S

SiC4

CS

HNO

HCNH+

SiO

OCS

HOCO+

SiC

SO2

HCCN

SO

H3+

HOCS+

SiS

C2S

C3H

NS

CH2

NaCl

c-SiC2

AlCl

MgNC

AlF

HCO

KCl

PN

HCl

Рассмотрение таблицы 5 показывает, что большинство найденных молекул состоит из атомов H, C, N, O, Si, S, а также F, Na, Mg, Al, P, Cl, K. Молекулы, отмеченные звездочкой, наблюдались только в оптической, УФ - и(или) ИК-области спектра. Буквой c обозначены циклические молекулы. Много органических соединений. Молекулы, перечисленные в таблице 5, состоят из основных изотопов элементов: H = 1H, C = 12C, N = 14N, O = 16O, F = 19F, Na = 23Na, Mg = 24Mg, Al = 27Al, Si = 28Si, P = 31P, S = 32S, Cl = 35Cl, K = 39K. Для ряда молекул обнаружены изотопозамещенные разновидности, включающие изотопы D = 2H, 13C, 15N, 17O, 18O, 29Si, 30Si, 33S, 34S, 37Cl. Подробную информацию о межзвездных молекулах, частотах и отождествлениях линий можно найти в базе данных Ф. Ловаса (F. Lovas):

У молекулы воды был найден вращательный переход 616–523 на волне l = 1.35 см между двумя уровнями, расположенными высоко над основным состоянием; излучение в этой линии всегда мазерное, оно обсуждается подробно в §6.1.

У молекулы аммиака наблюдаются инверсионные переходы между подуровнями вращательных уровней. Молекулы аммиака наблюдаются в плотных ядрах внутри межзвездных облаков. Аммиак – хороший индикатор температуры газа. Вращательные уровни с одинаковыми значения квантовых чисел J и K (1, 1), (2, 2) и т.д. являются метастабильными, вероятность спонтанного радиативного перехода с них вниз мала. Время жизни молекул на этих уровнях больше, чем время между столкновениями с молекулами окружающего газа. Поэтому температура распределения молекул по уровням Tx определяется кинетической температурой газа Tкин. Длины волн инверсионных переходов внутри разных метастабильных уровней мало отличаются (ll = 1.26–1.35 см). Несколько переходов NH3 могут наблюдаться одновременно на одном радиотелескопе с тем же угловым разрешением и с одним приемником, По отношению интенсивностей линий можно найти Tx @ Tкин.

Первая линия, наблюдавшаяся у межзвездных молекул формальдегида – вращательный переход 111–110 (l = 6.21 см). Молекула H2CO широко распространена в межзвездном газе. По лучевым скоростям линии H2CO в разных направлениях (так же, как по линии 21 см) удалось проследить ряд спиральных рукавов Галактики, а во внутренней области Галактике в ряде случаев разрешить двойственность расстояний до источников. Линия 111–110 H2CO наблюдается почти исключительно в поглощении. Интересно, что в некоторых направлениях (например, в направлениях плотных пылевых туманностей) линия 111–110 наблюдается в поглощении даже при отсутствии дискретных источников радиоконтинуума. Следовательно, поглощение в линии 111–110 происходит на фоне реликтового излучения с T0 =2.7 K. Согласно формуле (1.12), добавка к яркостной температуре фона T0 составляет

DT = (TxT0)(1 – e–t).                            (5.49)

В данном случае DT < 0, и температура возбуждения перехода 111–110 оказывается ниже 2.7 K. У молекул формальдегида имеется избыток населенности на нижнем уровне перехода ( антиинверсия ), в отличие от мазера, где избыток населенности – на верхнем уровне перехода. Аномальное поглощение в линии формальдегида 6.2 см иногда называют антимазерным эффектом. Как и в мазере, здесь действует неравновесный механизм, приводящий к аномальному охлаждению перехода до Tx < 2.7 K. Во многих случаях оптическая толща в линии 111–110 t > 1 (линия поглощения насыщена). Со времени обнаружения линии 111–110 найдено еще несколько переходов межзвездного формальдегида в излучении, самый интенсивный – 212–211 (l = 2.1 см).

Одна из наиболее распространенных и полезных для астрофизики молекул – моноокись углерода CO, обнаруженная в межзвездной среде в 1970 г. Потенциал диссоциации CO cdis = 11.1 эВ, это одна из наиболее прочных и устойчивых молекул, существующая практически везде, где водород находится в нейтральном состоянии. Во многих областях межзвездной среды и в газопылевых оболочках звезд поздних спектральных классов наблюдались на миллиметровых и субмиллиметровых волнах вращательные переходы CO J = 1–0 (n = 115.271 ГГц), 2–1 (230.538 ГГц), 3–2 (345.796 ГГц) и другие, более высокочастотные переходы. При наличии теоретической модели возбуждения вращательных уровней CO столкновениями и полем излучения для разных значений плотности n и температуры T, и наблюдая одни и те же источники в разных переходах, можно определить n и T газа в источниках.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Планеты соседи:

Меркурий

News image

Меркурий - самая близкая к Солнцу планета. Среднее расстояние от Ме...

Меркурий. Исследование планеты

News image

Небольшая величина Меркурия и его постоянная близость к Солнцу делают эт...

Юпитер. Спутники

News image

Юпитер имеет 16 спутников. Первые 4 спутника открыты еще Галилеем - ...

Нептун. Общие сведения

News image

Нептун - восьмая по счету планета Солнечной системы. Средняя удаленность Не...

В космосе...

Космический мусор возвращается на Землю

News image

23 июля 2007 года астронавт Клейтон Андерсон (Clayton Anderson) отправил в свободный полет 635-килограммовый резервуар с токсичным жидким аммиаком. По ра...

Плутон стал плутоидом

News image

Плутон, который два года назад лишили статуса полноценной планеты, отныне получил название плутоид . Такое решение принял Международный астрономический со...

На Марсе найден след от астероида

News image

Американские специалисты обнаружили на Марсе вмятину огромного размера. Ранее она была скрыта огромной вулканической областью - нагорьем Фарсида . До настоящего мо...

Рейтинг пригодных для обитания мест Солнечной системы

News image

Астрофизик Абель Мендес из Университета Пуэрто Рико предложил новую систему оценки обитаемости космических тел. С ее помощью он составил список на...

Авторизация



Новости космонавтики:

Ремень на стиральную машину

News image

Почему на стиральной машине изнашивается ремень? Такая неисправность появляется по разнообразным причинам. Прежде всего, нужно сказать, что ремень невероятно быстро изнашивается в узких моделях. Подобное явление ...

Как обустроить аквариум для петушка?

News image

Каждый вид аквариумных рыбок требует оправленных условий содержания. К ним относят температуру воды, жесткость, уровень освещения и рацион питания. При обустройстве водоема для обитания аквариумного ...

Охранное предприятие

News image

Если вы решили выбрать охранную компанию, чтобы защитить ваш дом либо бизнес необходимо очень внимательно оценивать работу каждой организации. Когда выбираете охранное агентство, получается, что ...

Стабилизированная роза в колбе

News image

Самым популярным подарком в 2017-м году стали живые розы, помещенные под стеклянную колбу. Сейчас мы немного расскажем, что такое стабилизированные цветы и в чем заключается их...