In der Astronomie ist das interstellare Medium (oder ISMUS) die Sache, die im Raum zwischen den Sternsystemen in einer Milchstraße besteht. Diese Sache schließt Benzin in die ionische, atomare und molekulare Form, Staub und kosmische Strahlen ein. Es füllt interstellaren Raum und verschmilzt glatt in den intergalaktischen Umgebungsraum. Die Energie, die dasselbe Volumen in der Form der elektromagnetischen Radiation besetzt, ist das interstellare Strahlenfeld.

Das interstellare Medium wird aus vielfachen Phasen zusammengesetzt, die dadurch bemerkenswert sind, ob Sache ionisch, atomar, oder, und die Temperatur und Dichte der Sache molekular ist. Der Thermaldruck dieser Phasen ist im rauen Gleichgewicht miteinander. Magnetische Felder und unruhige Bewegungen stellen auch Druck im ISMUS zur Verfügung, und sind normalerweise dynamisch wichtiger, als der Thermaldruck ist.

In allen Phasen ist das interstellare Medium nach Landstandards äußerst verdünnt. In kühlen, dichten Gebieten des ISMUS ist Sache in erster Linie in der molekularen Form, und erreicht Zahl-Dichten von 10 Molekül-Cm. In heißen, weitschweifigen Gebieten des ISMUS wird Sache in erster Linie ionisiert, und die Dichte kann mindestens 10 Ion-Cm sein. Vergleichen Sie das mit einer Zahl-Dichte von ungefähr 10 Cm für flüssiges Wasser. Durch die Masse sind 99 % des ISMUS in jeder Form Gas-, und 1 % ist Staub. Des Benzins im ISMUS sind 89 % von Atomen Wasserstoff, und 9 % sind Helium mit 2 % von Atomen, die Elemente sind, die schwerer sind als Wasserstoff oder Helium, die "Metalle" im astronomischen Sprachgebrauch genannt werden. Der Wasserstoff und das Helium sind ein Ergebnis von primordialem nucleosynthesis, während die schwereren Elemente im ISMUS ein Ergebnis der Bereicherung im Prozess der Sternevolution sind.

Der ISMUS spielt eine entscheidende Rolle in der Astrophysik genau wegen seiner Zwischenrolle zwischen stellaren und galaktischen Skalen. Sterne formen sich innerhalb der dichtesten Gebiete des ISMUS, der molekularen Wolken, und füllen den ISMUS mit der Sache und Energie durch planetarische Nebelflecke, Sternwinde und supernovae wieder. Dieses Wechselspiel zwischen Sternen und dem ISMUS hilft, die Rate zu bestimmen, an der eine Milchstraße seinen gasartigen Inhalt, und deshalb seine Lebensspanne der aktiven Sternbildung entleert.

Interstellare Sache

Tabelle 1 zeigt eine Depression der Eigenschaften der Bestandteile des ISMUS der Milchstraße.

Das dreiphasige Modell

bringen Sie das statische zwei Phase-Gleichgewicht-Modell vor, um die beobachteten Eigenschaften des ISMUS zu erklären. Ihr modellierter ISMUS hat aus einer kalten dichten Phase (T K) bestanden, aus dem rarefied neutral bestehend, und hat Benzin ionisiert. hinzugefügt eine dynamische dritte Phase, die das sehr heiße (T ~ 10 K) Benzin vertreten hat, das Stoß gewesen war, der durch supernovae geheizt ist, und den grössten Teil des Volumens des ISMUS eingesetzt hat.

Diese Phasen sind die Temperaturen, wo Heizung und das Abkühlen ein stabiles Gleichgewicht erreichen können. Ihr Papier hat die Basis für die weitere Studie im Laufe der letzten drei Jahrzehnte gebildet. Jedoch sind die Verhältnisverhältnisse der Phasen und ihrer Unterteilungen noch immer nicht weithin bekannt.

Strukturen

Der ISMUS ist unruhig und deshalb mit der Struktur auf allen Raumskalen voll.

Sterne werden tief innerhalb von großen Komplexen von molekularen Wolken, normalerweise einige parsecs in der Größe geboren. Während ihrer Leben und Todesfälle wirken Sterne physisch mit dem ISMUS aufeinander.

Sternwinde von jungen Trauben von Sternen (häufig mit HII riesigen oder superriesigen Gebieten, die sie umgeben) und durch supernovae geschaffene Stoß-Wellen, spritzen enorme Beträge der Energie in ihre Umgebungen ein, die zu Hyperschallturbulenz führt. Die resultierenden Strukturen - unterschiedlicher Größen - können wie Sternwindluftblasen und Superluftblasen von heißem Benzin beobachtet werden, das durch Röntgenstrahl-Satellitenfernrohre oder unruhige in Radiofernrohr-Karten beobachtete Flüsse gesehen ist.

Die Sonne reist zurzeit durch die Lokale Interstellare Wolke, ein dichteres Gebiet in der niedrigen Dichte Lokale Luftblase.

Wechselwirkung mit dem interplanetarischen Medium

Das interstellare Medium beginnt, wo das interplanetarische Medium des Sonnensystems endet. Der Sonnenwind verlangsamt sich zu Unterschallgeschwindigkeiten am Beendigungsstoß, 90 — 100 astronomische Einheiten von der Sonne. Im Gebiet außer dem Beendigungsstoß, genannt den heliosheath, wirkt interstellare Sache mit dem Sonnenwind aufeinander. Reisender 1, der weiteste Mensch-gemachte Gegenstand von der Erde (nach 1998), hat den Beendigungsstoß am 16. Dezember 2004 durchquert und kann schließlich in interstellaren Raum eingehen, die erste direkte Untersuchung von Bedingungen im ISMUS zur Verfügung stellend.

Interstellares Erlöschen

Der ISMUS ist auch für das Erlöschen und Röten, die abnehmende leichte Intensität und Verschiebung in den dominierenden erkennbaren Wellenlängen des Lichtes von einem Stern verantwortlich. Diese Effekten werden durch das Zerstreuen und Absorption von Fotonen verursacht und erlauben dem ISMUS, mit dem bloßen Auge in einem dunklen Himmel beobachtet zu werden. Die offenbaren Brüche, die im Band der Milchstraße — einer gleichförmigen Platte von Sternen gesehen werden können — werden durch die Absorption des Hintergrundsternenlichtes durch molekulare Wolken innerhalb von einigen tausend Lichtjahren der Erde verursacht.

Weit ultraviolettes Licht wird effektiv durch die neutralen Bestandteile des ISMUS absorbiert. Zum Beispiel liegt eine typische Absorptionswellenlänge von Atomwasserstoff an ungefähr 121.5 Nanometern, der Lyman-Alpha-Übergang. Deshalb ist es fast unmöglich, Licht zu sehen, das an dieser Wellenlänge von einem Stern weiter ausgestrahlt ist als einige hundert Lichtjahre von der Erde, weil der grösste Teil davon während der Reise nach der Erde durch den Eingriff neutralen Wasserstoffs absorbiert wird.

Heizung und das Abkühlen

Der ISMUS ist gewöhnlich vom thermodynamischen Gleichgewicht weit. Kollisionen gründen einen Vertrieb von Maxwell-Boltzmann von Geschwindigkeiten, und die 'Temperatur' hat normalerweise gepflegt, interstellares Benzin zu beschreiben, ist die 'kinetische Temperatur', die die Temperatur beschreibt, bei der die Partikeln den beobachteten Geschwindigkeitsvertrieb von Maxwell-Boltzmann im thermodynamischen Gleichgewicht haben würden. Jedoch ist das interstellare Strahlenfeld normalerweise viel schwächer als ein Medium im thermodynamischen Gleichgewicht; es ist meistenteils grob dieser Ein Stern (Oberflächentemperatur von ~10.000 K) hoch verdünnt. Deshalb werden bestimmte Niveaus innerhalb eines Atoms oder Moleküls im ISMUS gemäß der Formel von Boltzmann selten bevölkert.

Abhängig von der Temperatur bestimmen Dichte und Ionisationsstaat eines Teils des ISMUS, der verschiedenen Heizung und des Abkühlens von Mechanismen die Temperatur des Benzins.

Heizung von Mechanismen

Die Heizung durch die niedrige Energie kosmische Strahlen: Der erste Mechanismus, der vorgeschlagen ist, für den ISMUS zu heizen, heizte durch die niedrige Energie kosmische Strahlen. Kosmische Strahlen sind eine effiziente Heizungsquelle, die fähig ist, in den Tiefen von molekularen Wolken einzudringen. Kosmische Strahlen übertragen Energie Benzin sowohl durch die Ionisation als auch durch Erregung und Elektronen durch Ampere-Sekunde-Wechselwirkungen zu befreien. Kosmische Strahlen der niedrigen Energie (einige MeV) sind wichtiger, weil sie viel zahlreicher sind als energiereiche kosmische Strahlen.

Fotoelektrische Heizung in Körnern: Die durch heiße Sterne ausgestrahlte Ultraviolettstrahlung kann Elektronen von Staub-Körnern entfernen. Das Foton schlägt das Staub-Korn, und etwas von seiner Energie wird in der Überwindung der potenziellen Energiebarriere (wegen der möglichen positiven Anklage des Kornes) verwendet, um das Elektron vom Korn zu entfernen. Der Rest der Energie des Fotons heizt das Korn und gibt die vertriebene kinetische Elektronenergie. Da der Größe-Vertrieb von Staub-Körnern ist, wo r die Größe der Staub-Partikel ist, ist der Korn-Bereichsvertrieb. Das zeigt an, dass die kleinsten Staub-Körner diese Methode beherrschen zu heizen.

Photoionisation: Wenn ein Elektron von einem Atom befreit wird (normalerweise von der Absorption eines UV Fotons), trägt es kinetische Energie der Ordnung weg:. Dieser Heizungsmechanismus herrscht in HII Gebieten vor, aber ist im weitschweifigen ISMUS wegen des Verhältnismangels an neutralen Kohlenstoff-Atomen unwesentlich.

Röntgenstrahl-Heizung: Röntgenstrahlen entfernen Elektronen von Atomen und Ionen, und jene Photoelektronen können sekundäre Ionisationen provozieren. Da die Intensität häufig niedrig ist, ist diese Heizung nur im warmen, weniger dichten Atommedium effizient (weil die Säulendichte klein ist). Zum Beispiel in molekularen Wolken können nur harte Röntgenstrahlen eindringen und Heizung durchleuchten kann ignoriert werden. Das nimmt an, dass das Gebiet nicht in der Nähe von einer Röntgenstrahl-Quelle wie ein Supernova-Rest ist.

Chemische Heizung: Molekularer Wasserstoff kann auf der Oberfläche von Staub-Körnern gebildet werden, wenn sich zwei H Atome (der über das Korn reisen kann) treffen. Dieser Prozess gibt 4.48 eV der Energie nach, die über die Rotations- und Schwingweisen, kinetische Energie des Moleküls, sowie Heizung des Staub-Kornes verteilt ist. Diese kinetische Energie, sowie die Energie, die von der De-Erregung des Wasserstoffmoleküls durch Kollisionen übertragen ist, heizt das Benzin.

Mit dem Korngasheizung: Kollisionen an hohen Speicherdichten zwischen Gasatomen und Molekülen mit Staub-Körnern können Thermalenergie übertragen. Das ist in HII Gebieten nicht wichtig, weil UV Radiation wichtiger ist. Es ist auch im weitschweifigen ionisierten Medium wegen der niedrigen Dichte nicht wichtig. In den neutralen weitschweifigen mittleren Körnern sind immer kälter, aber kühlen das Benzin wegen der niedrigen Dichten nicht effektiv ab.

Die Korn-Heizung durch den Thermalaustausch ist in Supernova-Resten sehr wichtig, wo Dichten und Temperaturen sehr hoch sind.

Die Gasheizung über mit dem Korngaskollisionen ist tief in riesigen molekularen Wolken (besonders an hohen Speicherdichten) dominierend. Weit infrarote Radiation dringt tief wegen der niedrigen optischen Tiefe ein. Staub-Körner werden über diese Radiation geheizt und können Thermalenergie während Kollisionen mit dem Benzin übertragen. Ein Maß der Leistungsfähigkeit in der Heizung wird durch den Anpassungskoeffizienten gegeben:

:

wo die Gastemperatur, die Staub-Temperatur und die Postkollisionstemperatur des Gasatoms/Moleküls ist. Dieser Koeffizient wurde durch als gemessen.

Andere Heizungsmechanismen: Eine Vielfalt von makroskopischen Heizungsmechanismen ist da einschließlich:

:* Gravitationskollaps einer Wolke

:* Supernova-Explosionen

:* Sternwinde

:* Vergrößerung von H II Gebiete

:* Wellen von Magnetohydrodynamic, die durch Supernova-Reste geschaffen sind

Das Abkühlen von Mechanismen

Das Feinstruktur-Abkühlen: Der Prozess des Feinstruktur-Abkühlens ist in den meisten Gebieten des Interstellaren Mediums dominierend, außer Gebieten von heißem Benzin und Gebieten tief in molekularen Wolken. Es kommt am effizientesten mit reichlichen Atomen vor, die Feinstruktur-Niveaus in der Nähe vom grundsätzlichen Niveau haben wie: CII und OI im neutralen Medium und OII, OIII, NII, NIII, NeII und NeIII in HII Gebieten. Kollisionen werden diese Atome zu höheren Niveaus erregen, und sie werden schließlich de-excite durch die Foton-Emission, die die Energie aus dem Gebiet tragen wird.

Das Abkühlen durch erlaubte Linien: Bei höheren Temperaturen können mehr Niveaus als Feinstruktur-Niveaus über Kollisionen bevölkert werden. Zum Beispiel, collisional Erregung des n=2 Niveaus von Wasserstoff wird ein Foton von Ly nach der De-Erregung veröffentlichen. In molekularen Wolken ist die Erregung von Rotationslinien von CO wichtig. Sobald ein Molekül aufgeregt ist, kehrt es schließlich zu einem niedrigeren Energiestaat zurück, ein Foton ausstrahlend, das das Gebiet verlassen kann, die Wolke abkühlend.

Die Geschichte von Kenntnissen des interstellaren Raums

Die Natur des interstellaren Mediums hat die Aufmerksamkeit von Astronomen und Wissenschaftlern im Laufe der Jahrhunderte erhalten, und das Verstehen des ISMUS hat sich entwickelt. Jedoch mussten sie zuerst das grundlegende Konzept "des interstellaren" Raums anerkennen. Der Begriff scheint, zuerst im Druck gebraucht worden zu sein, durch: "Interstellarer Skie. hath. so viel Sympathie mit Starre, dass es eine Folge davon, sowie Starre gibt." Später hat natürlicher Philosoph "Den interstellaren Teil des Himmels besprochen, der mehrere der modernen Epikureer würden leer sein müssen."

Vor der modernen elektromagnetischen Theorie haben frühe Physiker verlangt, dass ein unsichtbarer luminiferous Narkoseäther als ein Medium bestanden hat, um lightwaves zu tragen. Es wurde angenommen, dass sich dieser Narkoseäther in den interstellaren Raum ausgestreckt hat, wie geschrieben hat, "das efflux Gelegenheiten eine Erregung oder schwingungsfähige Bewegung, im Äther, der die interstellaren Räume füllt."

Das Advent der tiefen fotografischen Bildaufbereitung hat Edward Barnard erlaubt, die ersten Images von dunklen Nebelflecken silhouetted gegen das Hintergrundsternfeld der Milchstraße zu erzeugen, während die erste wirkliche Entdeckung der kalten weitschweifigen Sache im interstellaren Raum von Johannes Hartmann 1904 durch den Gebrauch der Absorptionslinienspektroskopie gemacht wurde. In seiner historischen Studie des Spektrums und Bahn Deltas Orionis hat Hartmann das Licht beobachtet, das aus diesem Stern kommt, und hat begriffen, dass etwas von diesem Licht absorbiert wurde, bevor es die Erde erreicht hat. Hartmann hat berichtet, dass die Absorption von der "K" Linie von Kalzium "außerordentlich schwach, aber fast vollkommen scharf" geschienen ist und auch das "ziemlich überraschende Ergebnis gemeldet hat, das die Kalzium-Linie an 393.4 Nanometern in den periodischen Versetzungen der durch die Augenhöhlenbewegung des spektroskopischen binären Sterns verursachten Linien nicht teilt". Die stationäre Natur der Linie hat Hartmann dazu gebracht zu beschließen, dass das für die Absorption verantwortliche Benzin in der Atmosphäre Deltas Orionis nicht da gewesen ist, aber stattdessen innerhalb einer isolierten Wolke der Sache gelegen wurde, die irgendwo entlang der Gesichtslinie zu diesem Stern wohnt. Diese Entdeckung hat die Studie des Interstellaren Mediums gestartet.

In der Reihe von Untersuchungen hat Viktor Ambartsumian zum ersten Mal den jetzt allgemein akzeptierten Begriff eingeführt, dass interstellare Sache in der Form von Wolken vorkommt.

Die Identifizierung von folgendem Hartmann der interstellaren Kalzium-Absorption, interstellares Natrium wurde durch durch die Beobachtung der stationären Absorption von "den D" Linien des Atoms an 589.0 und 589.6 Nanometern zu Delta Orionis und Beta Scorpii entdeckt.

Nachfolgende Beobachtungen des "H" und "K" Linien von Kalzium durch offenbarte doppelte und asymmetrische Profile in den Spektren von Epsilon und Zeta Orionis. Das waren die ersten Schritte in der Studie des sehr komplizierten interstellaren sightline zu Orion. Asymmetrische Absorptionslinienprofile sind das Ergebnis der Überlagerung von vielfachen Absorptionslinien, jedem entsprechend demselben Atomübergang (zum Beispiel die "K" Linie von Kalzium), aber in interstellaren Wolken mit verschiedenen radialen Geschwindigkeiten vorkommend. Weil jede Wolke eine verschiedene Geschwindigkeit hat (entweder zu oder weg vom Beobachter/Erde), werden die Absorptionslinien, die innerhalb jeder Wolke vorkommen, entweder Blau ausgewechselt oder (beziehungsweise) von der Rest-Wellenlänge der Linien durch die Doppler Wirkung Rot ausgewechselt. Diese Beobachtungen, die bestätigen, dass Sache homogen nicht verteilt wird, waren die ersten Beweise von vielfachen getrennten Wolken innerhalb des ISMUS.

Die wachsenden Beweise für das interstellare Material haben geführt, um zu kommentieren, dass, "Während das interstellare fesselnde Medium einfach der Äther noch sein kann, der Charakter seiner auswählenden Absorption, wie angezeigt, durch Kapteyn, für ein Benzin charakteristisch ist, und freie gasartige Moleküle sicher dort sind, da sie wahrscheinlich ständig durch die Sonne und Sterne vertrieben werden."

Die Entdeckung von Victor Hess des desselben Jahres von kosmischen Strahlen, hoch energische beladene Partikeln, die auf die Erde vom Raum regnen, hat andere dazu gebracht nachzusinnen, ob sie auch interstellaren Raum durchdrungen haben. Im nächsten Jahr haben der norwegische Forscher und Physiker Kristian Birkeland geschrieben: "Es scheint, eine natürliche Folge unserer Gesichtspunkte zu sein, um anzunehmen, dass ganzer Raum mit Elektronen und dem Fliegen von elektrischen Ionen aller Arten gefüllt wird. Wir haben angenommen, dass jedes Sternsystem in Evolutionen elektrische Körperchen in den Raum abwirft. Es scheint unvernünftig nicht deshalb zu denken, dass der größere Teil der materiellen Massen im Weltall gefunden wird, nicht im Sonnen-[sic] Systeme oder Nebelflecke, aber im 'leeren' Raum".

bemerkt, dass "es kaum geglaubt worden sein könnte, dass die enormen Lücken zwischen den Sternen völlig leer sind. Landaurora ist durch beladene Partikeln von der durch die Sonne ausgestrahlten Sonne nicht unwahrscheinlich aufgeregt. Wenn die Millionen anderer Sterne auch Ionen vertreiben, wie zweifellos wahr ist, kann kein absolutes Vakuum innerhalb der Milchstraße bestehen."

Siehe auch

• Gießen Sie interstellares Band aus
• Fossil magnetisches Sternfeld
• Heliosphere
• Interstellare Masern
• Liste von Molekülen im interstellaren Raum
• Phototrennungsgebiet
• Liste von Plasma (Physik) Artikel

Zeichen

• Der Wisconsin Hα Mapper wird durch das Nationale Wissenschaftsfundament gefördert.

Links

• Freeview 'Videochemie von interstellarem' William Raumklemperer, Universität von Harvard. Ein königliches Einrichtungsgespräch durch das Wissenschaftsvertrauen von Vega.