В астрономии межзвездная среда (МЗС) — это вещество и излучение, которые существуют в пространстве между звездными системами в галактике . Это вещество включает газ в ионной , атомарной и молекулярной форме, а также пыль и космические лучи . Она заполняет межзвездное пространство и плавно переходит в окружающее межгалактическое пространство . Энергия , занимающая тот же объем в виде электромагнитного излучения , называетсяполе межзвездного излучения . Хотя плотность атомов в МЗС обычно намного ниже, чем в лучших лабораторных вакуумах, длина свободного пробега между столкновениями мала по сравнению с типичными межзвездными длинами, поэтому на этих масштабах МЗС ведет себя как газ (точнее, как плазма) . : он везде хоть немного ионизирован ), откликается на силы давления, а не как совокупность невзаимодействующих частиц.
Межзвездная среда состоит из нескольких фаз, отличающихся тем, является ли вещество ионным, атомарным или молекулярным, а также температурой и плотностью вещества. Межзвездная среда состоит в основном из водорода , за которым следует гелий со следовыми количествами углерода , кислорода и азота . [1] Тепловые давления этих фаз находятся примерно в равновесии друг с другом. Магнитные поля и турбулентные движения также создают давление в ISM и, как правило, более важны в динамическом отношении., чем тепловое давление. В межзвездной среде вещество находится преимущественно в молекулярной форме и достигает плотности 10 6 молекул на см 3 (1 миллион молекул на см 3 ). В горячих диффузных регионах газ сильно ионизирован, и плотность может достигать 10 -4 ионов на см 3 . Сравните это с числовой плотностью примерно 10 19 молекул на см 3 для воздуха на уровне моря и 10 10 молекул на см 3 (10 миллиардов молекул на см 3 ) для лабораторной высоковакуумной камеры. По массе 99 % ПВМ составляет газ в любой форме, а 1 % — пыль.[2] Из газа в ISM 91% атомов составляют водород и 8,9% — гелий , а 0,1% — атомы элементов тяжелее водорода или гелия, [3] известных как « металлы » на астрономическом языке. По массе это составляет 70% водорода, 28% гелия и 1,5% более тяжелых элементов. Водород и гелий в первую очередь являются результатом первичного нуклеосинтеза , тогда как более тяжелые элементы в МЗС в основном являются результатом обогащения (из-за звездного нуклеосинтеза ) в процессе звездной эволюции .
ISM играет решающую роль в астрофизике именно из-за своей промежуточной роли между звездным и галактическим масштабами. Звезды формируются в самых плотных областях ISM, что в конечном итоге способствует формированию молекулярных облаков и пополняет ISM материей и энергией за счет планетарных туманностей , звездных ветров и сверхновых . Это взаимодействие между звездами и ISM помогает определить скорость, с которой галактика истощает свое газовое содержимое, и, следовательно, ее продолжительность активного звездообразования.
«Вояджер-1» достиг межзвездного пространства 25 августа 2012 года, став первым искусственным объектом с Земли, которому это удалось. Межзвездная плазма и пыль будут изучаться до предполагаемой даты завершения миссии в 2025 году. Его близнец « Вояджер-2» вошел в межзвездное пространство 5 ноября 2018 года. [4]
Филд, Голдсмит и Хабинг (1969) предложили модель статического двухфазного равновесия для объяснения наблюдаемых свойств МЗС. Смоделированное ими МЗС включало холодную плотную фазу ( Т < 300 К ), состоящую из облаков нейтрального и молекулярного водорода, и теплую межоблачную фазу ( Т ~ 10 4 К ), состоящую из разреженного нейтрального и ионизированного газа. McKee & Ostriker (1977) добавили динамическую третью фазу, которая представляла собой очень горячий ( T ~ 10 6 K ) газ, который был нагрет взрывом сверхновой.и составили большую часть объема ISM. Эти фазы представляют собой температуры, при которых нагрев и охлаждение могут достичь устойчивого равновесия. Их статья легла в основу дальнейших исследований в последующие три десятилетия. Однако относительные пропорции фаз и их подразделений еще недостаточно изучены. [3]