В теоретической астрофизике вокруг молодой звезды спектральных классов O или B может существовать сфера ионизированного водорода (H II) . Теория была разработана Бенгтом Стрёмгреном в 1937 году и позже названа сферой Стрёмгрена в его честь. Туманность Розетка является наиболее ярким примером эмиссионной туманности этого типа из областей H II .
Очень горячие звезды спектрального класса O или B излучают очень энергичное излучение, особенно ультрафиолетовое излучение , которое способно ионизировать нейтральный водород (HI) окружающей межзвездной среды , так что атомы водорода теряют свои одиночные электроны. Это состояние водорода называется H II. Через некоторое время свободные электроны рекомбинируют с ионами водорода. Энергия переизлучается, а не в виде отдельного фотона ., а скорее как серия фотонов меньшей энергии. Фотоны теряют энергию по мере удаления от поверхности звезды и недостаточно энергичны, чтобы снова способствовать ионизации. В противном случае вся межзвездная среда была бы ионизирована. Сфера Стрёмгрена — это теоретическая конструкция, описывающая ионизированные области.
В своей первой и простейшей форме, выведенной датским астрофизиком Бенгтом Стрёмгреном в 1939 году, модель исследует влияние электромагнитного излучения одиночной звезды (или плотного скопления подобных звезд) с заданной температурой поверхности и светимостью на окружающую межзвездную среду. среда заданной плотности. Для упрощения расчетов межзвездная среда принята однородной и полностью состоящей из водорода.
Формула, выведенная Стрёмгреном, описывает связь между светимостью и температурой возбуждающей звезды, с одной стороны, и плотностью окружающего газообразного водорода — с другой. Используя его, размер идеализированной ионизированной области можно рассчитать как радиус Стрёмгрена . Модель Стрёмгрена также показывает, что на краю сферы Стрёмгрена существует очень резкое ограничение степени ионизации. Это вызвано тем, что область перехода между сильно ионизованным газом и нейтральным водородом очень узкая по сравнению с общим размером сферы Стрёмгрена. [1]
В модели Стрёмгрена сфера, которая теперь называется сферой Стрёмгрена, состоит почти исключительно из свободных протонов и электронов. Очень небольшое количество атомов водорода появляется при плотности, которая увеличивается почти экспоненциально по направлению к поверхности. За пределами сферы излучение частот атомов сильно охлаждает газ, так что он выглядит как тонкая область, в которой излучение, испускаемое звездой, сильно поглощается атомами, теряющими свою энергию за счет излучения во всех направлениях. Таким образом, система Стрёмгрена выглядит как яркая звезда, окруженная менее излучающим и трудным для наблюдения земным шаром.
Стрёмгрен не знал теории оптической когерентности Эйнштейна. Плотность возбужденного водорода мала, но пути могут быть длинными, так что гипотеза о сверхизлучении и других эффектах, наблюдаемых с помощью лазеров, должна быть проверена. Предполагаемая сверхизлучающая оболочка Стрёмгрена излучает пространственно-когерентные и некогерентные во времени лучи в направлении, для которого путь в возбужденном водороде максимален, то есть по касательной к сфере.