Образование химических элементов в космических телах 1 - страница 21

Звезды с возрастом от 1 до 3 млрд, лет, сконцентрированные в плоской составляющей нашей Галактики, содержат до 3 вес. % элементов тяжелее гелия, и, наконец, сравнительно молодые звезды — 4 вес. %. Они имеют возраст до 1 млрд, лет и находятся в спиральных рукавах плоской составляющей Галактики, в которых обычно концентрируется значительное количество межзвездного газа и пыли.

Следовательно, содержание элементов, более тяжелых, чем гелий, в атмосферах звезд уменьшается с увеличением возраста звезды. Кроме того, оно связано с расположением звезды в той или иной части Галактики. В звездах сферической составляющей, имеющих большой возраст, содержание тяжелых элементов очень мало. И наоборот, в плоской составляющей и тем более в спиральных рукавах, т. е. там, где по современным представлениям происходит образование новых звезд, содержание тяжелых элементов максимально. Эти факты, как мы увидим дальше, имеют принципиально важное значение для познания процессов образования и эволюции химических элементов.

В середине прошлого столетия русский астроном В. Я. Струве открыл явление межзвездного поглощения света, которое показало, что пространство между звездами не пустое, а заполнено пылью и газом. Пыль состоит из твердых частиц размером в несколько десятитысячных долей миллиметра. Плотность космической пыли очень мала и составляет в среднем 10¯^>26 г/см^>3. Пыль сосредоточена в плоской составляющей нашей Галактики и в основном в ее спиральных рукавах; то же самое можно сказать и о других спиральных галактиках. Слой скопления пыли относительно тонок, его толщина равна около 200 парсеков. Однако пыль распространена в этом слое не равномерно, а образует облака размером до 5 парсеков. Среднее число таких облаков в спиральных ветвях равно примерно восьми на 1000 парсеков.

Более плотные и протяженные облака межзвездной пыли образуют темные туманности. В темных туманностях плотность пыли может в 100 раз превышать среднюю плотность межзвездной среды. Полное количество космической пыли в таких туманностях, например в созвездиях Тельца и Змееносца, в десятки раз превышает массу Солнца. Эти туманности в очень сильной степени ослабляют свет, идущий от звезд, которые за ними расположены. В плоскости нашей Галактики находится около 500 000 пылевых туманностей.

В настоящее время нет еще определенных сведений о химическом составе межзвездной пыли. Высказываются соображения о том, что пылинки появляются при конденсации молекул межзвездного вещества, подобно тому как из газообразных продуктов горения угля образуются твердые частицы дыма. В связи с тем что в межзвездных условиях существуют в основном молекулы типа Н_>2О, ΝΗ_>3 и СН_>4, межзвездная пыль может-состоять из конденсатов этих молекул, к которым могут прилипать ионы или атомы любых химических элементов и их соединений. В межзвездной среде существует, по-видимому, равновесие между процессами, роста и разрушения пылинок; поэтому размеры частичек кажутся почти одинаковыми в различных местах. Галактики.

Наряду с пылью в межзвездной среде имеется и газ, количество которого примерно в 200 раз больше, чем пыли. В целом на межзвездный газ нашей Галактики приходится не менее 2 % ее массы; в других галактиках, например в туманности Андромеды, — около 1 %. Межзвездный газ, так же как и пыль, образует облака, размеры которых в среднем составляют около 30 световых лет. Такие облака движутся в Галактике в различных направлениях со средней скоростью примерно 10 км/сек. Средняя плотность облаков равна 10 атомам или ионам водорода на 1 см^>3, плотность же газа между облаками в 100 раз меньше. Облака занимают около 5 % объема Галактики. Более плотные облака межзвездного газа образуют газовые туманности.

Химический состав межзвездного газа подобен составу атмосфер Солнца и многих звезд (см. табл. 4). Основную массу этого газа составляет водород, содержание гелия еще не установлено, но не исключено, что оно значительно. Содержание металлов очень мало; так, на нисколько сот тысяч атомов водорода приходится один атом кальция. Обнаружены в межзвездном газе простейшие двухатомные молекулы, например СН. Одна такая молекула приходится в среднем на сто миллионов атомов водорода. Средняя плотность водорода в нашей Галактике в ее центральной части равна приблизительно четырем атомам на 10