星际物质

恒星之间的物质,包括星际气体、星际尘埃和各种各样的星际云,还可包括星际磁场和宇宙线。

星际物质的总质量约占银河系总质量的10%。平均密度为10-24/厘米3,相当于平均数密度为每立方厘米1个氢原子,密度范围是10-20~10-25/厘米3。这种密度是地球上的实验室中远未达到的真空度(目前实验室的最高真空度为10-12毫米水银柱,相当于每立方厘米 32,000个质点)。星际物质的温度相差很大,从几K到千万K。

星际物质在银河系内分布的特点是:

(1)不均匀性:不同区域的星际物质密度可相差很大,星际气体和尘埃当聚集成质点数密度超过每立方厘米10~103个时,就成为星际云,云间密度则低到每立方厘米0.1个质点。

(2)星际物质和年轻恒星高度集中在银道面,尤其在旋臂中。

星际气体

包括气态原子、分子、电子、离子,其化学组成可以通过各种电磁波谱线的测量求出。结果表明,星际气体的元素的丰度与根据太阳、恒星、陨石得出的宇宙丰度相似,即氢最多,氦次之,其他元素很低。下表第二行是按对数尺度列出的宇宙丰度,第三行是按对数尺度表示的太阳与蛇夫座ζ星之间的星际气体元素丰度,第四行为二者的差值。

图

星际气体根据主要元素──氢原子的存在形式而分为电离氢区和中性氢区

星际尘埃

是直径约10-5(或10-6)厘米的固态质点,分散在星际气体中。星际尘埃总质量约占星际物质总质量的10%。星际尘埃可能是由下列物质组成的:

(1)水、氨、甲烷等的冰状物;

(2)二氧化硅、硅酸镁、三氧化二铁等矿物;

(3)石墨晶粒;

(4)上述三种物质的混合物。

星际尘埃散射星光,使星光减弱;这种现象叫作星际消光。星际消光随波长的增长而增长,星光的颜色也随之变红;这种现象叫作星际红化。星际尘埃对于星际分子的形成和存在具有重要的作用。一方面尘埃能阻挡星光紫外辐射不使星际分子离解,另一方面固体尘埃作为催化剂能加速星际分子的形成。

星际物质的观测

可以在不同的电磁波段进行。例如 1904年,在分光双星猎户座 δ可见光谱中发现了位移不按双星轨道运动而变化的星际离子吸收线,首次证实星际离子的存在。1930年,观测到远方星光颜色变红,色指数变大(即星际红化),首次证实星际尘埃的存在。1951年,通过观测银河系内中性氢21厘米谱线,证实星际氢原子的大量存在。1975年,利用人造卫星紫外光谱仪观测100多颗恒星的星际消光与波长的关系,得知2200埃附近的吸收峰。1977年,观测星际X射线波段,发现οⅦ21.6埃(0.57千电子伏)的谱线,确认存在着温度达105~107K的高温气体。

与恒星物质的关系

根据现代恒星演化理论,一般认为恒星早期是由星际物质聚集而成,而恒星又以各种爆发、抛射和流失的方式把物质送回星际空间。

参考书目
  1. L. Spiezer, Jr., Physical Processes in the Interstellar Medium,John Wiley and Sons,New York,1978.
  2. 村山喬:《宇宙物理学》,共立出版株式会社,東京,1978。