Успехи астрохимии

Не часто внедрение в науку нового метода приводит к такому бурному успеху, какой выпал на долю астрорадиоспектроскопии. Наблюдения знаменитой радиолинии атомарного водорода с длиной волны 21 см составили эпоху в изучении межзвездной среды, открытие же радиолиний межзвездных молекул привело к рождению нового раздела астрономической науки — астрохимии.

Известно более 30 межзвездных молекул, и почти все они были отождествлены в течение последних лет по характеру излучения или поглощения в радиодиапазоне. Среди открытых молекул много сложных. Самая крупная из них — диметилэфир — содержит девять атомов. Особенно интересно, что большинство межзвездных молекул — органические!

Сложные молекулы встречаются преимущественно в плотных газопылевых облаках. Из-за поглощения света пылью такие облака непрозрачны для видимых лучей (поэтому их часто называют «темными»), однако радиоизлучение проходит сквозь них свободно.

Распределение плотности, температуры, характер движений и полей излучения в недрах «темных» и необычно плотных — «черных» облаков стали известны только благодаря радиоизлучению молекул. Эти новые данные стимулировали теоретические исследования. Оказалось, что возможности формирования молекул в межзвездных облаках (в частности, на поверхности пылинок) ранее недооценивались, тогда как вероятности их разрушения коротковолновым излучением, напротив, завышались. Пылинки, а также сами молекулы во внешних слоях облака поглощают губительную ультрафиолетовую радиацию и тем самым предохраняют молекулы в центре облака от разрушения.

Необычайно высокий интерес к межзвездным молекулам объясняется отчасти теми перспективами, которые открывает их исследование для космогонии. Дело в том, что по всем признакам внутри «темных» и «черных» облаков в настоящее время происходит рождение звезд и планетных систем. Разнообразие наблюдаемых молекул и условий, необходимых для их возбуждения, обещает богатые возможности для изучения разных стадий формирования звезд и планет. В частности, непосредственно с «зародышами» звезд и планет либо с «только что» родившимися звездами, по-видимому, связаны чрезвычайно компактные и яркие источники лазерного радиоизлучения молекул ОН и Н2О (как выяснилось в последнее время, радиолиния SiO во многих источниках также имеет лазерную природу).

Отрадно, что «сообщенные» молекулами сведения о физических условиях в очагах звездообразования вполне согласуются с существующими теоретическими представлениями о формировании звезд в результате гравитационной неустойчивости межзвездного газа. Но молекулы не только играют роль пассивных зондов, несущих информацию об условиях внутри облаков. Некоторые из них, особенно Н2 и СО, активно способствуют сжатию облаков в звезды, отводя избыток тепловой энергии облака в виде инфракрасного и радиоизлучения.

Частоты молекулярных радиолиний весьма чувствительны к изотопному составу молекулы, благодаря чему межзвездные молекулы становятся незаменимыми индикаторами относительного содержания изотопов в космических газовых облаках. Наблюдения изотопных разновидностей межзвездных молекул показали, что относительные распространенности многих изотопов почти повсеместно в Галактике близки к «земным» значениям. Этот факт чрезвычайно важен для выяснения картины эволюции Галактики.

Автор: Кандидат физико-математических наук В. С. Стрельницкий.