H II regiono astronomija

H II sritis, dar vadinama difuziniu ūku arba emisijos ūku, tarpžvaigždinė medžiaga, susidedanti iš jonizuotų vandenilio atomų. Energija, atsakinga už vandenilio jonizavimą ir kaitinimą emisijos ūke, gaunama iš centrinės žvaigždės, kurios paviršiaus temperatūra viršija 20 000 K. Šių debesų tankis paprastai svyruoja nuo 10 iki 100 000 dalelių kubiniame cm; jų temperatūra yra apie 8000 K.

Kaip ir molekuliniai debesys, H II regionai paprastai turi mažai taisyklingą struktūrą ar aštrias ribas. Jų dydžiai ir masė labai skiriasi. Netoli Saulės ir kitų palyginti vėsių žvaigždžių yra silpnas jonizuotų dujų regionas, tačiau jo negalima pastebėti iš šalia esančių žvaigždžių turimais instrumentais.

Didžiausi H II regionai (nė vienas iš jų neatsiranda Paukščių Tako galaktikoje) yra 500 šviesmečių skersmens ir juose yra bent 100 000 jonizuotų dujų saulės masės. Šiuos milžiniškus H II regionus maitina masyvių karštų žvaigždžių būriai, o ne vienas žvaigždžių kūnas. Tipiškas H II regionas „Galaktikoje“ yra maždaug 30 šviesmečių skersmens ir jo vidutinis tankis yra apie 10 atomų kubiniame cm. Tokio debesies masė siekia kelis šimtus saulės masių. Vienintelis plika akimi matomas H II regionas yra gražus Oriono ūkas. Jis yra graikų mitologinio medžiotojo vardu pavadintame žvaigždyne ir laikomas centrine „žvaigžde“ Oriono kalavijuje. Visas žvaigždynas yra apgaubtas silpno emisijos nebulškumo, jį maitina kelios žvaigždės Oriono dirže, o ne žvaigždė, jaudinanti daug mažesnį Oriono ūką. Didžiausias H II regionas pagal kampo dydį yra dantenų ūkas, kurį atrado australų astronomas Colinas S. Gumas. Jis matuoja kampą 40 ° kampu ir yra daugiausia jonizuotas dviejų labai karštų žvaigždžių (Zeta Puppis ir Gamma Velorum).

Aukštos skiriamosios gebos H II regionų tyrimai atskleidė vieną iš staigmenų, dėl kurių astrofizikos studijos džiugina. Vietoje lygios struktūros, kurios gali tikėtis dujos, galima aptikti subtilų šviesos pluoštų pėdsaką iki mažiausios skalės, kurią galima išspręsti. Oriono ūke tai yra apie 6 milijardus km (4 milijardai mylių) arba maždaug Plutono orbitos aplink Saulę spindulys. Net ir smulkesnės detalės beveik neabejotinai egzistuoja, o iš spektrų yra įrodymų, kad didelė dalis medžiagos gali būti sukaupta į tankius kondensatus ar mazgus, o likusi erdvė yra palyginti tuščia. Nesuvaržytos dujos užpildytų vakuumą tarp matomų gijų maždaug per 200 metų, tai yra astronominis momentas. Ūkio dujos turi būti apsaugotos nuo išsiplėtimo, nes tarp gijų yra milijonų laipsnių įtemptos medžiagos slėgis. Tačiau jo slėgis yra panašus į matomą H II regiono „šiltas“ (8000 K) dujas. Taigi karštos medžiagos tankis yra kelis šimtus kartų mažesnis, o tai efektyviai neleidžia jos pastebėti, išskyrus rentgeno spindulius. Erdvė visoje Paukščių Tako galaktikos plokštumoje beveik užpildyta šiuo karštu komponentu, kurį daugiausia gamina ir kaitina supernovos.

H II regionuose karštos dujos taip pat kyla dėl įdomių žvaigždžių žvaigždžių vėjų. Šie vėjai sukuria didelę ertmę ar burbulą tankesnėse, vėsesnėse dujose, iš pradžių supančiose tokią žvaigždę. Burbulo viduje radialiai besisukantis žvaigždžių vėjas praeina per perėjimą, kurio metu jo radialinis judėjimas virsta šiluma. Tada karštos dujos užpildo didžiąją dalį ertmės (galbūt 90 procentų ar daugiau) ir yra skirtos atskirti šilto, palyginti tankaus H II regiono gijas. Matomos plazmos kondensato viduje yra neutralių gaublių, kuriuose dujos yra gana šaltos (apie 100 K), bet yra pakankamai tankios (paprastai 10 000 atomų viename kubiniame cm), kad būtų maždaug toks pat slėgis kaip karštoje ir šiltoje medžiagoje. Trumpai tariant, H II regionas yra daug sudėtingesnis, nei galėtų manyti jo regimasis spinduliavimas.

H II regionus beveik visada lydi molekuliniai debesys ant jų sienų. Pvz., Oriono ūkas yra tik pastebimas jonizuotas regionas netoliese esančiame daug didesniame tamsiame debesyje; H II sritį beveik visiškai gamina jonizacija, kurią suteikia viena karšta žvaigždė, viena iš keturių ryškių centrinių žvaigždžių (Trapecijos), kurią 1656 m. nustatė olandų astronomas Christiaan Huygens. Oriono ūko forma matomuose bangos ilgiuose atrodo kaip netaisyklinga.. Tačiau didžiąją šio tariamo chaoso dalį sukelia dulkių užtemimas tamsioje priekinio plano neutralioje medžiagoje, o ne tikrasis jonizuotos medžiagos pasiskirstymas. Radijo bangos gali netrukdomai prasiskverbti į dulkes, o jonizuotų dujų skleidžiamos radijo bangos rodo, kad jos yra gana apvalios formos ir stebėtinai simetriškos, kaip matyti projekcijoje danguje. Priešakinė tamsi medžiaga užgožia maždaug pusę jonizuoto ūko.

Didelio molekulinio debesies išoriniame krašte esanti H II sritis gali sukelti žvaigždžių formavimąsi. Pavyzdžiui, už ryškaus Oriono ūko, giliau tamsiame šaltame Oriono molekuliniame debesyje, šiandien formuojasi naujos žvaigždės. Šiuo metu nė viena iš naujų žvaigždžių nėra pakankamai masyvi ir karšta, kad sukurtų savo H II regioną, tačiau spėjama, kad kai kurios iš jų bus. Kai H II regionas yra pagaminti iš šalto molekulinės dujų karštosios žvaigždžių susidarymo temperatūra yra pakeliama nuo maždaug 25 iki 8000 K, ir yra beveik keturis kartus dalelių kubiniam centimetrui numeris, nes kiekvienas yra H ₂ molekulė yra padalinta į dvi jonai ir du elektronai. Dujų slėgis yra proporcingas temperatūros ir dalelių skaičiaus viename kubiniame centimetre sandaugai (nepriklausomai nuo jų masės, todėl elektronai yra tokie pat svarbūs kaip ir daug sunkesni jonai). Taigi slėgis H II srityje yra maždaug 800 kartų didesnis nei šaltų dujų, iš kurių jos susidarė, slėgis. Perteklinis slėgis sukelia žiaurų dujų išsiplėtimą į tankų debesį. Greitai susiformavusios žvaigždės gali atsirasti suspaustoje srityje, sukurdamos besiplečiančią jaunų žvaigždžių grupę. Pastebėtos tokios grupės, vadinamosios O asociacijos (su O žvaigždėmis) arba T asociacijos (su T Tauri žvaigždėmis). Komponentai žvaigždės tuo pačiu metu sukuria ypač greitą nutekėjimą iš savo atmosferos. Šie vėjai sukuria karštų, nestiprių dujų regionus, supančius asociaciją. Galiausiai masyvios asociacijos žvaigždės sprogo kaip supernovos, kurios dar labiau trikdo aplinkines dujas.