3. 8. Агрегация в туманностях

Эпиграф: "Знания открываются лишь тем, кто способен вместить их" (Гарри Гаррисон)
---
Масса самой крупной Туманности NGC262 - 50 млрд масс Солнца (М;).
Масса галактики Млечный путь составляет примерно от 0,89 до 1,54 триллиона М;.

Такая масса галактики не могла появиться из туманности, она формировалась за всё время её существования путём слияния мелких галактик и агрегации Светлой Материи.
Для формирования в туманностях галактик с миллиардами звёзд нужен материал. Получить этот материал только от взрыва сверхновых невозможно, как невозможно получить такую массу слиянием с другими туманностями и галактиками, слишком много потребовалось бы слияний.

Новая Светлая Материя производится непрерывно в процессе агрегации. Туманности создают звезды, звёзды агрегируют Светлую Материю, которая разлетается в виде звёздного ветра и создаёт новые туманности.

Обычно, размеры туманностей колеблются от нескольких до 100 световых лет.
Туманности формируются в местах уплотнения Тёмной Материи. В её гравитационной яме собирается газ и пыль из межзвёздной среды, в основном водород и гелий. При их большом скоплении они подвергаются гравитационному коллапсу. Из-за обоюдного гравитационного влияния материя сближается и создаёт участки с большой плотностью. Гравитационная неустойчивость частиц материи приводит их к группированию в туманности. Газ, по мере коллапсирования имеет тенденцию к фрагментации на всё меньших и меньших размерах. Уплотнения становятся причиной взаимного тяготения частиц, обособления участка и образования макротел.

Межзвёздная среда находится в непрерывном движении и её локальные свойства непрерывно меняются, в ней появляются новые источники энергии и исчезают старые.
Неоднородность газа, турбулентность, которая является следствием того, что перемещаются массы илионов, а также в следствии изменения в отдельных областях температуры газа из за агрегации и распада нейтронов, туманности имеют самые разнообразные формы.

Согласно современным представлениям, 7% массы содержится в звёздах, 7% холодный и горячий газ внутри галактик, 4% газ в галактических кластерах, 28% холодный межгалактический газ, 15% тёплый межгалактический газ, 40% в разреженном газе с волокнистой структурой.

* * * Последовательность формирования туманностей:
1.Более активно туманности формируются в центральной части Вселенной. Здесь холодные илионы формируют нити и узлы, в которых собирается холодный межзвёздный газ.

2.Вначале формируются Облака НI
Температура ; 80К,
Концентрация ~10 см^;3,
Масса облаков  ~100 M;
 Степень ионизации очень мала, в пределах 10^;4 (то есть одна частица на 10 000).
Это зона нейтрального водорода.

3.Облака НI перерастают в молекулярные облака
Температура ; 10К,
Концентрация ~10е^3 см^;3,
Масса облаков  ~300 M;
В основном, здесь присутствует линия Лайман-альфа (спектральная линия водорода в серии Лаймана). Излучается в случае, когда электрон в атоме переходит с уровня n = 2 в основное состояние (n = 1), здесь n — главное квантовое число.
Свет исходит от центральной области сгустка, где газ охлаждается.

4.Далее они растут до Гигантских молекулярных облаков
Температура ; 20К,
Концентрация ~300 см^;3,
Масса облаков  ~3е5 M;
Все вещества, если охлаждать их до ультрахолодного состояния при температуре абсолютного нуля перестают быть газом, и становятся жидкостью или твёрдым телом. Вырожденный газ — почти идеальный проводник тепла и не подчиняется обычным газовым законам. Вырожденный газ можно сжимать до очень высоких плотностей, типичные значения которых могут достигать 10 000 кг/см3.
Существует верхний предел массы электронно-вырожденного объекта, предел Чандрасекара, за которым давление электронного вырождения не может удержать такой объект от коллапса.
Значение предела Чандрасекара варьируется в диапазоне от 1,38 до 1,44 M;.

При недостатке плотности Светлой Материи агрегация нейтрона может быть слабой, тогда тело продолжит укрупняться за счёт Тёмной материи, вплоть до Чёрной дыры.

При прохождении газа предел Чандрасекара начинают конденсироваться звёзды,
Справка: водород плавится (затвердевает) и кипит (сжижается), соответственно, при -259,1 °С (14 °К) и -252,8 °С (20,35 °К).
Критическая температура вырождения водорода -240 °С (33,15 °К), гелия 0,5 °К.

А значит, здесь запускается процесс агрегации нейтронов. В этих местах выделяется много энергии в протонах и электронах, газ ионизируется, температура быстро растёт, а общая концентрация падает, но в отдельных, защищённых от излучения и ионного ветра, карманах газа, сохраняются и температура и концентрация.

Запускаются процессы синтеза органики (около t =1000 °К) синтез доходит до простейших аминокислот.
Область излучает фотоны, а нейтральный водород служит материалом для создания более тяжёлых элементов и синтеза органики.
В холодных облаках много оксида углерода СО, воды Н2О. Метанол СН4. Размеры молекул могут достигать 70 атомов - это фуллерены.
При взрыве сверхновых молекулы распадаются, а здесь они формируются.

Молекулярный водород не может родиться из протонов, нужен нейтрон.
А туманность не может уплотняться имея только атомарный водород, не хватает сил гравитации.
Формирование более тяжёлых элементов идёт по r-процессу, быстрого захвата агрегированных нейтронов. Затем атом претерпевает ;; распад нейтрона и захват нейтронов продолжается. Это ведёт к быстрому росту атомов, например Н2, С, О, и росту молекул.

5.Агрегация нарастает и появляются яркие области H II ионизованного водорода.
Температура ; 10е4К,
Концентрация ~30 см;3,
Масса облаков  ~300 M;
Температура резко растёт, концентрация падает, область распадается на отдельные Облака Н II.
Агрегация нейтронов порождает ионизирующее излучение от распада нейтронов так, что окружающий газ приобретает видимость на оптических длинах волн.
Вокруг Облаков Н II располагаются Зоны C II (ионизованного углерода) в областях нейтрального водорода (H I) и проявляют себя по рекомбинационным радиолиниям углерода, аналогичным рекомбинационным радиолиниям водорода и гелия.
Возникают самосветящиеся Эмиссионные туманности. Они светят за счёт ионизации собственного газа, Здесь идёт агрегация и распад нейтронов. В основном излучает атомарный водород. После распада нейтрона, на ионизированный протон садится электрон, они рекомбинируют с образованием нового атома водорода. Проходя по орбиталям, электрон излучает фотоны линии H-альфа (H;, Бальмер-альфа)—спектральная линия серии Бальмера атома водорода, длина волны составляет 656,28 нм. Она возникает при переходе электрона с третьего на второй энергетический уровень.
В спектрах эмиссионных туманностей наиболее заметны линии водорода, в частности H-альфа, линии нейтрального и ионизованного гелия, также сильны запрещённые линии дважды ионизованного кислорода и других элементов.

Поскольку нейтральный водород хорошо поглощает свет, граница между областями, где большинство атомов ионизованы и где большинство атомов водорода нейтральны, оказывается довольно резкой. Если в туманности находится одна звезда, то область, где большая часть атомов водорода должна быть ионизована, имеет сферическую форму и называется сферой Стрёмгрена.

Если в туманности есть область, где атомы ионизованы дважды, то аналогичная граница может наблюдаться между ней и областью, где атомы в основном ионизованы однократно. Это приводит к тому, что области туманности, излучающие в определённых линиях, имеют разный размер: например, область, излучающая в линиях ионизованного гелия, значительно меньше области, излучающей в линиях нейтрального гелия.

Излучение нейтрального атомарного водорода не коррелирует с пылью. Там где много пыли нет излучения атомарного водорода, но есть молекулярный, который сосредоточен, в основном, в спиральных рукавах галактик и есть отдельные островки между ними - молекулярные облака с низкой температурой, менее 100 °К.