Успіхи астрохімії
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Не часто впровадження в науку нового методу призводить до такого бурхливого успіху, який випав на частку астрорадіоспектроскопії. Спостереження знаменитої радіолінії атомарного водню з довжиною хвилі 21 см склали епоху у вивченні міжзоряного середовища, відкриття радіоліній міжзоряних молекул призвело до народження нового розділу астрономічної науки — астрохімії.
Відомо понад 30 міжзоряних молекул, і майже всі вони були ототожнені протягом останніх років за характером випромінювання або поглинання радіодіапазону. Серед відкритих молекул багато складних. Найбільша з них — диметилефір — містить дев’ять атомів. Особливо цікаво, що більшість міжзоряних молекул – органічні!
Складні молекули зустрічаються переважно у щільних газопилових хмарах. Через поглинання світла пилом такі хмари непрозорі для видимих променів (тому їх часто називають темними), проте радіовипромінювання проходить крізь них вільно.
Розподіл щільності, температури, характеру рухів і полів випромінювання в надрах «темних» і незвичайно щільних — «чорних» хмар став відомий лише завдяки радіовипромінюванню молекул. Ці нові дані стимулювали теоретичні дослідження. Виявилося, що можливості формування молекул у міжзоряних хмарах (зокрема, на поверхні порошин) раніше недооцінювалися, тоді як ймовірності їх руйнування короткохвильовим випромінюванням, навпаки, завищувалися. Порошинки, а також самі молекули у зовнішніх шарах хмари поглинають згубну ультрафіолетову радіацію і тим самим оберігають молекули в центрі хмари від руйнування.
Надзвичайно високий інтерес до міжзоряних молекул пояснюється частково перспективами, які відкриває їх дослідження для космогонії. Справа в тому, що за всіма ознаками всередині «темних» та «чорних» хмар нині відбувається народження зірок та планетних систем. Різноманітність спостережуваних молекул та умов, що необхідні для їх збудження, обіцяє багаті можливості вивчення різних стадій формування зірок і планет. Зокрема, безпосередньо з «зародками» зірок і планет або з «тільки що» зірками, що, напевно, пов’язані надзвичайно компактні і яскраві джерела лазерного радіовипромінювання молекул ВІН і Н2О (як з’ясувалося останнім часом, радіолінія SiO у багатьох джерелах також має лазерну природу).
Втішно, що «повідомлені» молекулами відомості про фізичні умови в осередках зіркоутворення цілком узгоджуються з існуючими теоретичними уявленнями про формування зірок внаслідок гравітаційної нестійкості міжзоряного газу. Але молекули не лише відіграють роль пасивних зондів, що несуть інформацію про умови всередині хмар. Деякі з них, особливо Н2 та СО, активно сприяють стиску хмар у зірки, відводячи надлишок теплової енергії хмари у вигляді інфрачервоного та радіовипромінювання.
Частоти молекулярних радіоліній дуже чутливі до ізотопного складу молекули, завдяки чому міжзоряні молекули стають незамінними індикаторами відносного вмісту ізотопів у космічних газових хмарах. Спостереження ізотопних різновидів міжзоряних молекул показали, що відносні поширеності багатьох ізотопів майже повсюдно в Галактиці близькі до «земних» значень. Цей факт є надзвичайно важливим для з’ясування картини еволюції Галактики.
Автор: Кандидат фізико-математичних наук В. С. Стрельницький.