§ 6.4. Диффузная материя в Галактике. Поглощение света. Туманности

Как показывают наблюдения, пространство между звездами не пустует. В нем в очень малых концентрациях присутствуют пыль и газ. Хотя пыль и газ в Галактике чрезвычайно разрежены, в некоторых ее областях они концентрируются. Здесь мы наблюдаем так называемые диффузные газовопылевые туманности. Все туманности делят на темные и светлые. Светлые в свою очередь бывают излучающими (эмиссионными) и отражающими. Примерами темных туманностей являются туманности “Конская Голова” (рис. 6.6) и “Угольный Мешок” (последняя расположена рядом с двумя самыми яркими звездами созвездия Южного Креста). В качестве светлой туманности можно упомянуть об одной из самых ярких туманностей — туманности M42 в созвездии Ориона (рис. 6.7).

У туманностей может быть один и тот же химический состав, но выглядят на небе они по-разному. В чем же причина этого?

Если газопылевое облако настолько разогрето ближайшими звездами, в том числе находящимися и родившимися в нем самом, то оно может начать светиться, как любой нагретый до высокой температуры газ. Это — излучающие туманности, их свет красноватый, ведь именно этому цвету соответствует излучение водорода, из которого по большей части состоят все туманности. Температура газа в излучающих туманностях может доходить до миллионов градусов.

Если туманность не прогревается, то ее температура может едва превышать 0 К. Однако относительная близость звезд может и такую туманность сделать видимой. Пылевые частицы отражают и рассеивают свет и мы видим голубоватое свечение газопылевого холодного облака. Такие туманности называются отражающими.

Хотя пыль в межзвездном пространстве очень сильно разрежена, но из-за огромных расстояний, которые пронизывает луч света от звезд, влияние пыли оказывается весьма существенным. Это влияние приводит к двум эффектам:

1. покраснение света звезд;

2. ослабление яркости звезд.

Первый эффект состоит в том, что спектральный состав излучения многих звезд, особенно далеких, оказывается не таким, как у звезд того же спектрального класса, например, в окрестности Солнца. Разница заключается в недостатке излучения в синей части спектра, который приводит к кажущемуся его покраснению. В результате для многих звезд, особенно вблизи Млечного Пути, нарушается установленная зависимость между показателем цвета и спектральным классом. Объяснением этого эффекта являются результаты исследования поглощения межзвездной пылью излучения различной длины волны, которые позволили сделать вывод, что степень поглощения обратно пропорциональна длине волны. Поэтому пыль поглощает лучше всего коротковолновое излучение.

Для количественной характеристики этого явления вводится понятие избытка цвета СЕ (color excess); так называется разность между наблюдаемым показателем цвета данного объекта и показателем цвета, соответствующим его спектральному классу. С учетом основных показателей цвета избыток цвета определяется как

где — показатель цвета, измеренный по видимому цвету звезды, — действительный показатель цвета (в отсутствии пыли).

Ослабление яркости звезды приводит к увеличению ее видимой звездной величины на значение , которое учитывает влияние пыли. Установлено, что пропорционально избытку цвета, т.е. , где  — некоторая постоянная. Коэффициент пропорциональности  оказывается близким к 4, если поглощение измерять в фотографических звездных величинах и около 3,2, если его оценивать в визуальных звездных величинах. Если бы межзвездного поглощения света не было, звезды казались бы “ярче” и вместо наблюдаемой звездной величины т мы наблюдали бы

В среднем для звезд в окрестности Солнца, находящихся на расстоянии в 1000 пс, избыток цвета около 0^m,6. Учет влияния пыли на излучение заставляет внести важную поправку в метод определения расстояний путем сравнения видимой и абсолютной звездных величин. Если, например, избыток цвета в фотографических лучах достигает целой звездной величины, то без учета межзвездного поглощения расстояние окажется завышенным в 8 раз!

Кроме пыли, в Галактике довольно много межзвездного газа, в основном, водорода, который концентрируется там, где и пыль. Водород может находиться в двух состояниях: нейтральный водород и ионизированный водород. Т.к. водород заполняет всю Галактику, то исследование его распределения и движения радиометодами позволяет с большей точностью установить структуру Галактики. Данное исследование, а также изучение распределения звезд в Галактике показали, что наша Галактика имеет спиральную структуру. Всего имеется 4 спиральных рукава: 1-й рукав называют иногда трехкилопарсековым рукавом, 2-й рукав — рукав Стрельца, 3-й — рукав Ориона (в нем располагается и наше Солнце), 4-й — рукав Персея. Важной особенностью Галактики является то, что объекты с разными физическими свойствами группируются в разных ее частях. Это указывает на единый механизм образования всей Галактики.