Области H II – дефиниция, форми и значение за звездообразуването

Област H II е област, в която от водорода се образуват огромни сини звезди. Те са наречени така заради йонизирания атомен водород, който се образува в тях: H II.

Звездите се формират в голям облак от водороден газ. Краткотрайните сини звезди, образувани в тези региони, излъчват огромно количество ултравиолетова светлина. Това йонизира околния газ.

Областите H II могат да бъдат с диаметър няколкостотин светлинни години. Първата известна област H II е мъглявината Орион, открита през 1610 г. Тези области имат изключително разнообразни форми. Те често изглеждат сбити и нишковидни, като понякога имат причудливи форми, като например мъглявината Конска глава.

В областите H II се раждат хиляди звезди в продължение на няколко милиона години. В крайна сметка това води до образуването на звезден куп. В крайна сметка експлозиите на свръхнови и силните звездни ветрове от най-масивните звезди издухват газовете от областта H II. Това оставя след себе си звезден куп като Плеядите.

Областите H II могат да се видят на огромни разстояния във Вселената.Изследването на извънгалактичните области H II помага да се определи разстоянието и химическият състав на други галактики.

Спиралните и неправилните галактики имат много области H II, докато елиптичните галактики почти нямат такива. В спиралните галактики, като Млечния път, областите H II се намират в спиралните ръкави, но в неправилните галактики те са разпределени произволно.

Някои галактики имат огромни области H II с десетки хиляди звезди. Примери за това са регионът 30 Дорадус в Големия Магеланов облак и NGC 604 в галактиката Триангулум.

Как възникват и какви физични процеси ги поддържат

Областите H II се образуват, когато масивни млади звезди (главно класове O и B) емитират интензивно ултравиолетово лъчение, способно да йонизира атомите на околния водород. В резултат се формира зона, в която свободните електрони и протоните непрекъснато се рекомбинират и отново се йонизират. Балансът между скоростта на йонизация и скоростта на рекомбинация определя радиуса на йонизирания обем (понякога описван с идеализирания модел на Стрьомгренова сфера).

Йонизираните атоми при рекомбинация излъчват характерни емисионни линии — най-известната е Hα (ниво на водорода), която придава на някои мъглявини червеникав цвят на изображенията. Освен това в спектрите на H II областите често се виждат силни зададени/forbidden линии от метали, като [O III], [N II] и [S II]; тези линии дават важна информация за температурата, плътността и химичния състав.

Форми, размери и морфология

Формите на областите H II са разнообразни: от почти сферични до сложни, нишковидни и „балонни“ структури. Морфологията зависи от:

• плътността и неравномерността на заобикалящия газ;
• енергията и броя на масивните звезди (звездни ветрове и ултравиолетово лъчение);
• ефектите на магнитни полета и турбуленция;
• предишни експлозии на свръхнови, които могат да издухат кухини и да създадат „черупки“ и шела.

Размерите варират от няколко парсека (за компактни области около единични OB звезди) до стотици парсеци за гигантски H II региони като 30 Дорадус и NGC 604. Типичната продължителност на живота на една H II област е от порядъка на няколко милиона години — докато най-масивните звезди не завършат живота си със свръхнови или докато звездните ветрове не разсеят газа.

Роля в звездообразуването и галактичната еволюция

Областите H II не само са места на текущо звездообразуване, но и активно влияят върху бъдещето на околните молекулярни облаци. Някои от важните ефекти са:

• Положителна обратна връзка (triggered star formation) — ударни вълни и компресия от разширяващи се шелове могат да сгъстят газ и да предизвикат образуване на нови звезди.
• Отрицателна обратна връзка — силното излъчване и ветровете могат да разсеят газовете и да потиснат последващо звездообразуване в даден регион.
• Обогатяване на междузвездната среда — след свръхнови се отделят тежки елементи (метали), които променят химичния състав и влияят върху следващите поколения звезди.

Как се наблюдават и каква информация дават

H II областите се изучават в различни дължини на вълните: оптично (Hα и други линии), инфрачервено (за да се видят зародишите, скрити от прах), радио (свободно–свободно излъчване и радиорекомбинационни линии) и с помощта на спектроскопия. От спектъра учените извличат:

• температура и електронна плътност на газа;
• химичен състав (металичност) чрез съотношения на емисионни линии;
• скоростни полета и динамика на газа;
• темповете на звездообразуване в галактиката.

Проучванията на извънгалактичните области H II са особено ценни за картографиране на звездообразуването в други галактики и за измерване на разстояния и металичности. Например, интензивните емисии на гигантски H II региони ги правят лесно забележими дори в далечни системи.

Връзка с други фази на междузвездната среда

Областите H II обикновено граничат с по-студени фази на междузвездната среда: неутрален водород (H I) и молекулни облаци (H2), в които протича образуването на звезди. Процесите между тези среди — йонизация, охлаждане, сгъстяване и разсейване — определят цикъла на звездното раждане и смърт в една галактика.

Кратко обобщение

Областите H II са ключови звена в живота на галактиките: те са родилните места на масивни звезди, източници на силна радиация и механична енергия, и лаборатории за изучаване на физиката и химията на междузвездния газ. Наблюденията и спектроскопията на тези региони помагат на астрономите да проследят процеса на звездообразуване, да измерят металичности и да разбират как еволюцията на звездите оформя структурата и съдържанието на галактиките.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява регионът Н II?

В: Как се образуват тези региони?

В: Колко големи могат да бъдат областите H II?

В: Кога е открита първата известна област H II?

В: Какво се случва с региона H II с течение на времето?

Въпрос: Къде можем да открием извънгалактични области H II?

Въпрос: Има ли особено големи примери за област H II?

Търсене по буква