Хімія в турбулентному міжзоряному середовищі

Астрофізики досліджують молекули у надзвуковому і турбулентному міжзоряному середовищі.

Про це розповідають в Смітсонівській астрофізичній обсерваторії.

Більше 200 молекул було виявлено у космосі, і деякі з них (як бакмінстерфуллерен) є дуже складними, з атомами вуглецю. Окрім того, що вони самі собою цікаві, ці молекули випромінюють тепло, допомагаючи гігантським хмарам міжзоряного матеріалу охолоджуватися і стискатися, утворюючи нові зорі. Більш того, астрономи використовують випромінювання цих молекул для вивчення місцевих умов, наприклад, як планети утворюються в дисках навколо молодих зірок.

Відносний достаток цих молекулярних видів є важливою, але давньою загадкою, залежною від багатьох факторів – від достатку основних елементів та сили поля ультрафіолетового випромінювання до щільності, температури та віку хмари. Достаток малих молекул (з двома або трьома атомами) особливо важливий, оскільки вони утворюють сходинки для крупніших видів, і серед них ті, які несуть чистий заряд, є більш важливими, оскільки вони легше вступають в хімічні реакції. Сучасні моделі дифузного міжзоряного середовища передбачають однорідні шари освітленого ультрафіолетом газу, або зі щільністю, яка плавно змінюється з глибиною хмари. Проблема полягає в тому, що передбаченні моделі часто не узгоджуються зі спостереженнями.

Однак, десятиліття спостережень також показали, що міжзоряне середовище не є однорідним, а скоріше турбулентним, з більшими коливаннями щільності і температури на малих відстанях. Астроном Смітсонівської астрофізичної обсерваторії Шмуель Бялі очолив групу вчених, які досліджували наявність чотирьох ключових молекул - H2, OH+, H2O+ та ArH+ - у надзвуковому (з рухами, що перевищують швидкість звуку) і турбулентному середовищі. Ці конкретні молекули є корисними астрономічними зондами і дуже чутливі до флуктуацій щільності, які природнім чином виникають в турбулентному середовищі. Ґрунтуючись на своїх попередніх дослідженнях поведінки молекулярного водню (H2) в турбулентному середовищі, вчені провели детальні комп’ютерні симуляції, що включають в себе широкий спектр хімічних шляхів разом з моделями надзвукових турбулентних рухів при різноманітних сценаріях збудження, що керуються ультрафіолетовим випромінюванням і космічними променями. Їх результати, у порівнянні з обширними спостереженнями за молекулами, показують добру узгодженість. Діапазон турбулентних умов широкий і прогнози відповідно у широкому діапазоні, так що, хоча нові моделі краще пояснюють спостережувані діапазони, вони можуть бути неоднозначними і пояснювати конкретну ситуацію декількома різноманітними комбінаціями параметрів. Автори приводять аргументи на користь додаткових спостережень і моделей наступного покоління, щоби ще жорсткіше обмежити висновки.

Фото: Agrupació Astronòmica d'Eivissa/Ibiza AAE, Alberto Prats Rodríguez

Читайте ще цікаві новини про космос.