Tähtienväliset pilvet — määritelmä, koostumus ja tyypit

Tutustu tähtienvälisiin pilviin: niiden määritelmään, kaasun, plasman ja pölyn koostumukseen sekä H I-, H II- ja molekyylipilvien tyyppeihin.

Tähtienvälinen pilvi on keskimääräistä tiheämpi osa tähtienvälisestä väliaineesta (ISM). Se koostuu galaksin tähtijärjestelmien välisessä avaruudessa olevasta aineesta ja säteilystä. Tähtienväliset pilvet vaihtelevat kooltaan, tiheydeltään ja lämpötilaltaan: pienimmät ovat harvempia ja hyvin kylmiä, kun taas suurimmat, kuten jättimäiset molekyylipilvet, voivat sisältää kymmeniä tuhansia aurinkomassoja ja ulottua satojen valovuosien kokoisiksi.

Muodostuminen. Pilvet syntyvät, kun kaasua ja pölyä kerääntyy vaihtelevien prosessien seurauksena. Osa aineesta on peräisin yksittäisten tähtien elinkaaren loppuvaiheessa tapahtuvasta massanmenetyksestä; esimerkiksi punaisen jättiläisen tai AGB-tähden tuottamat kaasu- ja pölyvirrat rikastuttavat ympäristöä. Lisäksi supernovaräjähdykset, tähtituulen ja galaktiset virtauskentät voivat tiivistää ja kylmentää ISM:ää, jolloin syntyy pilviä.

Koostumus ja fysikaaliset ominaisuudet

Pilvi koostuu pääasiassa kaasusta (enimmäkseen vedystä ja heliumista), plasmasta ja pölystä meidän ja muiden galaksien alueella. Pölyhiukkaset ovat pieniä (nanometreistä mikrometreihin) ja koostuvat esimerkiksi silikaateista, hiilipohjaisista yhdisteistä ja jääkuorista raskaampien atomien päästessä tiivistymään.

Tyypillisiä arvoja eri pilvityypeille:

• Tiheys: vaihtelee ~0.1 atomia/cm³ hajanaisissa alueissa yli 10^6 atomia/cm³ tiheissä molekyylipilvissä;
• Lämpötila: molekyylipilvissä ~10–20 K, neutraaleissa H I -alueissa ~100 K, ionisoiduissa H II-alueissa ~10^4 K;
• Kemiallinen koostumus: lähinnä H ja He, mutta mukana metallisia alkuaineita (astronomian käsitteellä "metallit"), sekä molekyylejä kuten H2, CO ja monimutkaisempia orgaanisia yhdisteitä;
• Pöly: vaikuttaa säteilyn absorptioon, emittoi infrapunasäteilyä ja toimii alustoina molekyylien muodostumiselle (esim. H2 muodostuu tehokkaasti pölypintojen välityksellä).

Vety muodossaan

Sen vety voi olla eri fysikaalisissa muodoissa riippuen olosuhteista:

• neutraali, mikä tekee siitä H I -alueen;
• ionisoitunut tai plasma, jolloin se on H II -alue; tai
• molekyylit (molekyylipilvet).

Neutraaleja ja ionisoituneita pilviä kutsutaan joskus myös diffuusiksi pilveksi. Lisäksi puhutaan tummista tai pimennysnebuloista, joissa tiheä pöly estää takana olevasta tähtitaustasta tulevan näkyvän valon pääsyn, sekä heijastus- ja emissio­nebuuloista, jotka näkyvät tähtivalon sironnan tai kaasun virittymisen seurauksena.

Tyypit ja roolit galaktisessa ympäristössä

Pääasialliset tähtienväliset pilvityypit ovat:

• Molekyylipilvet (mm. jättimäiset molekyylipilvet, GMC): kylmiä ja tiheitä, tähtienmuodostuksen tärkeimmät paikat;
• H I -alueet: neutraalia vetyä sisältävät laajat alueet, havaittavissa erityisesti 21 cm:n radiolinjalla;
• H II -alueet: nuorten, kuumien tähtien ionisoimaa kaasua; ne näkyvät voimakkaana emissiosäteilynä (esim. H-alfa);
• Diffuusit ja harmaat pilvet: laajoja, vähemmän tiheitä alueita, jotka yhdistävät eri rakenteita.

Tähtienväliset pilvet ovat keskeisiä galaksin ainekierron kannalta: ne toimivat kemiallisina laboratorioina, joissa syntyy molekyylejä ja monimutkaisempia yhdisteitä, ne varastoivat massaa, josta uudet tähdet ja planeettajärjestelmät muodostuvat, ja ne vaikuttavat galaktiseen säteilykenttään ja dynamiikkaan.

Havaintotavat

Pilviä tutkitaan eri aallonpituuksilla:

• Radio: H I -21 cm -linja ja molekyylien rotaatioviivat (esim. CO) paljastavat kaasun jakautumisen ja liikkeet;
• Infrapuna: pölyn lämpösäteily ja kylmät molekyylipilvet näkyvät infrapunassa ja submillimetrissä;
• Optinen ja UV: emissio- ja absorptiospektrit kuvaavat ionisoitunutta kaasua ja pinoutunutta ainetta;
• Röntgen ja gammasäteily: paljastavat kuumat plasmat, esimerkiksi supernovajäännöksissä ja voimakkaasti ionisoituneissa alueissa.

Yhteenveto

Tähtienväliset pilvet ovat monimuotoisia, fysikaalisesti ja kemiallisesti rikkaampia alueita galaktisessa avaruudessa. Ne syntyvät tähdistä ja galaktisista prosesseista erittyvästä aineksesta, muodostavat tähtien syntypaikkoja ja vaikuttavat merkittävästi galaksin kehitykseen ja kemialliseen rikastumiseen. Niiden tutkimus hyödyntää monia havaintotekniikoita, ja niiden eri muodot (H I, H II, molekyylipilvet, diffuusi pilvet) kuvaavat sitä, miten vety ja muut aineet käyttäytyvät erilaisissa energiatiloissa ja ympäristöissä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on tähtienvälinen pilvi?

K: Miten tähtienvälinen pilvi muodostuu?

K: Mistä tähtienvälinen pilvi koostuu?

K: Millaisia erilaisia tähtienvälisiä pilviä on?

K: Mikä on H I -alue?

K: Mikä on H II -alue?

K: Miksi kutsutaan myös neutraaleja ja ionisoituneita pilviä?

Hae kirjaimella