СВЕТЛЫЕ ПЫЛЕВЫЕ ТУМАННОСТИ

Для этой цели мы рассмотрим сейчас светлые пылевые туманности, именуемые еще отраэштельными. Второе свое название они получили от того, что по соседству с такой туманностью можно отыскать звезду, спектр которой в точности воспроизведен в спектре туманности. Диффузное вещество не может самостоятельно светиться как звезда, представляющая собой самостоятельный источник энергии с огромной оптической толщиной поверхностных слоев, надежно прикрывающих горячие недра. Но пылевое облако может отражать свет близко расположенной звезды.

Все диффузные светящиеся объекты нашей звездной системы — галактические туманности — по своему спектру разделяются на два класса: 1) туманности, имеющие в спектре эмиссионные линии, свидетельствующие о самостоятельном свечении газов; при этом наблюдается также и непрерывный спектр; 2) туманности, имеющие чисто звездный спектр. В обоих случаях почти всегда отыскивается звезда — виновница свечения, пространственно близкая к туманности. В первом случае такая звезда всегда горячая — спектральных классов О — ВО, но не позже В0. Во втором случае это звезды , но не раньше В1. В первом случае горячая звезда не только освещает туманность, но и вызывает свечение находящихся в ней газов, во втором случае она способна только освещать пылевые массы.

При этом свет звезды, проникая в пыль, естественно рассеивается и поглощается, т. е. ослабляется до такой степени, что создаваемое им освещение становится на некотором расстоянии от звезды неуловимым с наблюдательными средствами астрономии — отражательная туманность «кончается». Пусть это будет на угловом расстоянии а от звезды.

Теория указывает на такую связь между видимой звездной величиной освещающей звезды, значением а (в минутах дуги) и альбедо А пылевых частиц туманности:

    (26.17)

а наблюдения привели Хаббла к зависимости

    (26.18)

Из сопоставления формул (26.17) и (26.18) следует, что у космической пыли

    (26.19)

Здесь под альбедо А следует понимать долю рассеяния в общем ослаблении света частицами туманности. Такое высокое значение А встречается у диэлектриков, таких, например, как снег, лед (диэлектрическая постоянная около 2), и не встречается у металлов, например, у железа, серебра и т. п. Заслуживает рассмотрения такое вещество, как графит, занимающий по электропроводности положение, среднее между металлами и диэлектриками. При размерах пылинок около мкм графит может объяснить и общее ослабление света в межзвездном пространстве, и закон ослабления , но высокое отражение от светлых туманностей графитовые частицы могут обеспечить только в том случае, если на них есть отложения льда.

Нужно отметить, что из априорных соображений и ледяные и графитовые пылинки в межзвездном пространстве одинаково правдоподобны, так как они состоят из элементов, широко распространенных во Вселенной, Н, О, С. Как мы увидим дальше, молекула воды также встречается в межзвездном пространстве. Да и понятие льда можно толковать широко, включая в него другие простейшие молекулы из тех же элементов, а также азота.

Хотя пыль не может самостоятельно светиться в оптическом диапазоне, она может переизлучать излучение звезды или звезд, если они окружены плотной пылевой завесой. В этом случае звезда нагревает пылевые частицы до температур 300—500 К и они начинают излучать в инфракрасном диапазоне. Лабораторные эксперименты показали, что силикатные пылинки излучают при 18 и 10 мкм в результате сильных колебаний в кристаллических решетках Si—О и Si—О—Si. И действительно, такие эмиссии наблюдаются у некоторых газопылевых туманностей. Если же инфракрасное излучение проходит через холодную силикатную пыль, то в тех же длинах волн будет наблюдаться поглощение.

Оно и наблюдается у многих космических объектов, особенно же в направлении на галактический центр, вдоль которого визуальное поглощение оценивается в 27—30 звездных величин.

Открытый в ультрафиолетовой области спектра скачок поглощения около 1220 А (см. рис. 140) воспроизводится в лаборатории нагреванием кусочка каменного метеорита — углистого хондрита — в атмосфере .

Таким образом, мы располагаем убедительными свидетельствами в пользу существования межзвездной пыли из силикатов, в том числе и металлосиликатов, таких как или , что естественно при большой космической распространенности всех входящих сюда элементов (см. таблицу 15 на с. 236), поэтому образование указанных молекул и последующее объединение их в минеральные зерна вполне возможно.

Кроме того, широкие полосы поглощения в длинах волн 4430 (особенно заметна!), 4760, 4840, 6180 А (см. таблицу 16 на с. 326) в спектрах далеких звезд могут происходить в результате перестройки кристаллической решетки при переходе иона железа в ион окиси железа.

По-видимому, силикатные пылинки могут образовываться лишь там, где отношение элементов О: С велико, там же, где преобладает углерод, возникают графитовые зерна. Для образования графитовых пылинок субмикроскопических размеров подходящим местом могут быть атмосферы холодных углеродных звезд класса N при пульсационных понижениях температуры ниже 2700 К. Световое давление способствует удалению «графитовой сажи» из атмосферы звезды.

Наилучшее соответствие по длине, волны между астрономической экстинкцией в области 1—10 мкм и теорией получается для смеси силикатных частиц мкм и графитовых мкм в сравнимых количествах (но роль графита в ослаблении света раз в пять больше). Связь с длиной волны получается такой же, как и у графитовых частиц с ледяной коркой. Однако отложение льда на графитовых зернах происходит лишь при очень низких температурах (см. ниже, § 29).