Химия в турбулентной межзвездной среде

Астрофизики исследуют молекулы в сверхзвуковой и турбулентной межзвездной среде.

Об этом рассказывают в Смитсоновской астрофизической обсерватории.

Более 200 молекул было обнаружено в космосе, и некоторые из них (как бакминстерфуллерен) являются очень сложными, с атомами углерода. Кроме того, что они сами собой интересные, эти молекулы излучают тепло, помогая гигантским облакам межзвездного материала охлаждаться и сжиматься, образуя новые звезды. Более того, астрономы используют излучение этих молекул для изучения местных условий, например, как планеты образуются в дисках вокруг молодых звезд.

Относительный изобилие этих молекулярных видов является важной, но давней загадкой, зависящее от многих факторов - от обилия основных элементов и силы поля ультрафиолетового излучения до плотности, температуры и возраста облака. Обилие малых молекул (с двумя или тремя атомами) особенно важно, поскольку они образуют ступеньки для крупных видов, и среди них те, которые несут чистый заряд, являются более важными, поскольку они легче вступают в химические реакции. Современные модели диффузной межзвездной среды предусматривают однородные слои освещенного ультрафиолетом газа, или с плотностью, которая плавно меняется с глубиной облака. Проблема заключается в том, что предусмотренные модели часто не согласуются с наблюдениями.

Однако, десятилетия наблюдений также показали, что межзвездная среда не является однородной, а скорее турбулентной, с большими колебаниями плотности и температуры на малых расстояниях. Астроном Смитсоновской астрофизической обсерватории Шмуэль Бяле возглавил группу ученых, которые исследовали наличие четырех ключевых молекул - H2, OH+, H2O+ и ArH+ - в сверхзвуковой (с движениями, превышающими скорость звука) и турбулентной среде. Эти конкретные молекулы являются полезными астрономическими зондами и очень чувствительны к флуктуациям плотности, которые естественным образом возникают в турбулентной среде. Основываясь на своих предыдущих исследованиях поведения молекулярного водорода (H2) в турбулентной среде, ученые провели детальные компьютерные симуляции, включающие в себя широкий спектр химических путей вместе с моделями сверхзвуковых турбулентных движений при различных сценариях возбуждения, управляемых ультрафиолетовым излучением и космическими лучами. Их результаты, по сравнению с обширными наблюдениями за молекулами, показывают хорошую согласованность. Диапазон турбулентных условиях широкий и прогнозы соответственно в широком диапазоне, так что, хотя новые модели лучше объясняют наблюдаемые диапазоны, они могут быть неоднозначными и объяснять конкретную ситуацию несколькими различными комбинациями параметров. Авторы приводят аргументы в пользу дополнительных наблюдений и моделей следующего поколения, чтобы еще жестче ограничить выводы.

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

Читайте еще интересные новости о космосе