Difuusne aine galaktikas (1)

Referaat füüsikas
2006.01.21
Difuusne aine galaktikas
Difuusne aine galaktikas ehk tolm-, gaas -, udukogud ja tähtedevahelised pilved .
Ruum tähtede vahel on tühjem, mis tahes maapealses laboriseadmes saadud vaakumist .
Uurimised on näidanud, et tähtedevaheline tolm on koondunud piki galaktikapinda kitsasse kihti paksusega 200-300 pc. See tolm moodustab osaliselt pideva hõreda keskkonna, osaliselt on ta aga koondunud selles keskkonnas ujuvatesse suurema tihedusega tolmupilvedesse. Keskmiselt nõrgeneb valgus Galaktika tasapinnas 1000 pc pikkusel teel 1,5 tähesuuruse võrra. Mõned pilved on neis sisalduva tolmu tõttu läbipaistmatud ja me näeme neid tumedate udukogudena. Et tähtedevahelised kaugused on tohutud, võib hõredastki gaasist moodustuda väga suure massiga pilvi. Linnutee galaktika massist umbes kümnendik on tähtedevaheline hajusaine. Kosmoses leidub nii gaasi kui ka tolmu. Suurem osa gaasist on vesinik , millest koosneb ka enamik universumist. Linnutee tähesüsteemis on vesinikki toheduseks keskmiselt üks aatom suhkrutükisuuruse ruumiosa kohta. Maa-suurusesse kerasse mahuks vesinikku paar kilo. Peale vesiniku leidub maailmaruumis raskemaid aatomeid ja mitmesuguseid molekule.
Linnutees leiduv tolm on erakordselt peenike . Tolmuosakeste suurus on umbes sama mis tubakasuitsus. Tolmu keskmiseks tiheduseks on üks osake mitmekorruselise maja ruumala kohta. Ka massi poolest on tolmu palju vähem kui gaasi – üks gramm tolmu saja grammi gaasi kohta.
Tolm ja gaas esinevad alati koos. Kus on palju gaasi, seal on ka palju tolmu. Tähtedevaheline gaas ja tolm ei jaotu galaktikas ühtlaselt. Hajusaine on koondunud pilvedesse, mille vahel aine tihedus on keskmisest palju väiksem.
Tähti ja tolmu
Osa tehiskaaslaselt IRAS vaadeldud objektidest on suhteliselt jahedad punased tähed. Enamik kiirgusallikaid on aga veelgi madalama temperatuuriga. Plancki kiirgusseadusest selgub , et kehad, mille temperatuur on paaristkümnest kuni paarituhande kelvinini, kiirgavad kõige tugevamini spektri infrapunaosas.
Oma “ infrapunase silmaga” nägi IRAS kõiki Päikesesüsteemikehi – planeete, väikeplaneete ja komeete, kuid ennekõike nägi ta kõikjal, suunast sõltumata, tähtedevahelise tolmupilvi. Tolm esineb mitmel kujul: hõredate ulatuslike kihtidena, tihedate pilvedena ja tompudena, milles võivad olla sündimas uued tähed ja päikesesüsteemid.
Aastal 1995-98 uuris Lääne-Euroopa maade ühistööna valminudjärgmisepõlvkonna infrapunasateliit ISO(lühend ingliskeelsest Infared Space Observatory ) IRAS-e avastatud objekte üksikasjalikumalt ja avastas hulga uusi kiirgusallikaid.
Udukogud
Tähtedevaheline aine on koondunud õhukesse kihti Linnutee tasandi läheduses. Gaasi- ja tolmupilved paistavadki peamiselt tähtkujudes, mida läbib Linnutee, näiteks Amburis, Luiges, Kassiopeias ja Orionis. Kõige tolmusemad kohad Linnutees on tumedad udud (e. udukogud) ja peegeldusudud. Gaas esineb peamiselt difuussete ehk hajusate ududena ja planetaar - ehk rõngasududena. Tähtede plahvatusest väljapaiskunud udukogusid nimetatakse supernoova jäänusteks. Raadioteleskoopidega on avastatud molekulipilvi.
Tumedad udud
Tähtedevaheline tolm neelab kaugemate tähtede valgust. Näiteks Linnutee keskosas ja Päikese ümbruses on nii palju tolmu, et seda läbinud tähevalgus nõrgeneb koguni 30 tähesuuruse võrra. Seepärast paistavadki Galaktika keskosa heledaimadki tähed vaid suurte teleskoopidega tehtud fotodel ja sealgi vaevumärgatavate punktidena.
Tihedad tolmupilved moodustavad tumedaid udusid. Linnutee taustal paistavad need aukudena, kus ei ole tähti.
Tuntumad tumedad udukogud on Hobusepea Orioni ja Söekoti Lõunaristi tähtkujus. Infrapunatehiskaaslaselt tehtud fotodel võib neis kohtades näha tihedaid tolmupilvi.
Peegeldusudud
Kui tolmupilve lähedal on hele täht, muutub tolm nähtavaks. Tolmuosakesed nimelt peegeldavad tähevalgust sarnaselt lumehelbekestega ja nii saab tolmupilvest helendav peegeldusudu.
Sõel ehk Sõelatähed on hajusparv Sõnni tähtkujus. Teleskoobis on näha, et Sõela kõiki heledamaid tähti ümbritseb peegeldusudu.
Infrapunakiirguse mõõtmisest on teada, et peegeldusudud on tumedatest ududest palju kuumemad. Peegeldusudus võib osakeste temperatuur küündida 200 kraadi üle nulli, tumedas jääb see -250 C° piiresse.
Helendavad difuussed udud
Mõnikord võib väga kuumade tähtede ümber näha helendavat pilve, nn. emissioonudu.
Kui niisuguse udukogu valgus lahutada spektrist, selgub, et praktiliselt kogu kiirgus tuleb vesiniku spektrijoonest(pidevat spektrit ehk vikerkaart ei olegi). Need jooned ei ole tumedad neeldumisjooned (nagu Päikese spektris ), vaid heledad kiirgus- ehk emissioonjooned.
Helendav udu saab energiat kuuma tähe ultraviolettkiirgusest. Kiirgus ioniseerib vesiniku aatomeid, s.t. lööb neist elektroni välja. Kui vaba elektron kohtab uut vesiniku aatomi tuuma ehk prootonit, ühineb ta sellega ja laskub madalamatele energianivoodele. Allapoole „hüpates” hakkab elektron kiirgama vesiniku aatomile omaste spektrijoonte lainepikkusel. Vesiniku spektris on jooned kõige tugevamad punases otsas, mistõttu emissioonudud helendavad punakalt.
Tuntumad gaasudud on Orioni udu(üleval pildil) ja nn. Põhja-Ameerika Udu Luige tähtkujus.
Planetaarudud
Mõne kuuma tähe ümber võib näha gaasirõngast. Rõnga välimine serv on punakas, sisemine sinakas või rohekas .
Niisugust udukogu nimetatakse planetaarseks. Nimi on tulnud arvatavasti sellest, et väikese teleskoobis sarnaneb planetaarudu planeediga Uraan.
Planetaarudu on pärit tema keskel olevast tähest. Elutee lõpu eel puhub täht oma atmosfääri väliskihi laiali. Paljastuva kuuma tähetuuma ultraviolettkiirgus paneb gaasi helendama. Lisaks vesinikule on gaasis heeliumi, lämmastikku ja hapnikku, mis lisavad planetaarudule sinist värvust.
Planetaarududest tuntuim on Lüüra rõngasudu.
Supernoovajäänukid
Tähe plahvatuspilv ehk supernoovajäänuk võib väliselt olla planetaarudu sarnane. Vahet saab teha spektri põhjal. Esiteks, supernoovajäänuki spektrijooned on õigest kohast nihkunud, sest jäänuk paisub suure kiirusega. Teiseks, kiirgus tekib teistmoodi kui planetaarudus. See on sünkrotronkiirgus: kui plahvatuspilv paiskub tähtedevahelisse gaasi, saavad elektronid suuri kiirusi ning hakkavad kiirgama valgus- ja raadiolaineid .
Mõned supernoovajäänukid on kiulise ehitusega. Sel juhul on plahvatanud tähest jäänud järele pulsar, mis ergastab teda ümbritsevat gaasi nii osakeste kui kiirguse impulssidega. Kiulistest supernoovajäänukitest on üldtuntud Krabiudu, mis on üle 900 aasta tagasi Sõnni tähtkujus plahvatanud tähe jäänuk.
Molekulipilved
Raadioteleskoopidega on vaadeldavad ka sellised pilved, mis muul viisil pole avastatavad. Sellised on näiteks suured molekulipilved.
Molekulipilved koosnevad peamiselt vesinikust: kahest vesiniku aatomist moodustunud molekulidest. Küllaltki palju leidub ka suuremaid molekule. Tavalised on näiteks vee, süsinikoksiidi ehk vingugaasi ja etanooli molekulid. Keerukamad molekulid säilivad vaid tihedas tolmupilves. Tähtedevahelises peaaegu tühjas ruumis laguneksid molekulid tähtede ultraviolettkiirguse mõjul kiiresti.
Molekulipilved on meie Galaktika suurimad moodustised. Nende mass võib küündida miljoni päikese massini. Mõnes molekulipilves on gaasitihendeid, millest sünnib uusi tähti. Seepärast kutsutakse molekulipilvi ka „tähtede hälliks”.
Mädamuna udukogu
Mädamuna udukogu on nime saanud oma suure väävlisisalduse tõttu, mistõttu tema spekter meenutab mädamunagaasi H2S oma.
Umbes 800 aasta eest sureva tähe tekitatud väga noor udukogu on meile huvitav kahel põhjusel. Ühelt poolt ennustab ta meile tulevikku, sest kunagi kauges tulevikus toimub meie Päikesega umbes samasugune protsess. Teisalt õnnestus Hubble'i abil jäädvustada varem arvutil modelleeritud teoreetiliselt kirjeldatud protsesse reaalsuses .
Mädamuna udukogu kollapseerunud täht purskas oma viimase hingetõmbena kosmosesse vastassuundades liikuvad gaasijoad, mille kiirus on 500 000 km/h. Need põrkavad kokku tähte ümbritseva kosmilise gaasiga ja tekitavad selles lööklaine. Hetkel on udukogu 1,4 valgusaasta pikkune ja asub Maast 5000 valgusaasta kaugusel. Oma täismõõtmeteni jõuab see udukogu umbes tuhande aasta pärast.
MÄDAMUNA UDUKOGU: Surev täht, mis on udukogu keskel asuva tolmupilve varjus , paiskas 800 aasta eest välja hiiglasliku koguse gaasi, mis liigub nüüd kiirusega 500 000 km/h. Ümbritseva gaasiga põrkudes tekivad lööklained, mis kiirgavad sinist valgust.
Galaktiline geiser
Eespool kirjeldatud tähe surma tagajärjel liikuvate gaasivoogude kõrval on meist 50 miljoni valgusaasta kaugusel Suure Vankri tähtkujus asuvas galaktikas NGC 3079 avastatud gaasipursked tõelised hiiglased. Umbes 6 miljoni kilomeetrise tunnikiirusega liikuv gaas paiskub jugadena välja galaktika tsentrist. Gaasimass on tohutu ja lähivaatel nähtavad neli juga on igaüks umbes 75 valgusaasta jämedused. Joad hajuvad galaktika tasapinnast umbes 2000 valgusaasta kaugusel ja pritsmed langevad tagasi galaktika südamiku suunas.
Teadlaste hinnangul on pursked perioodilised ning toimuvad iga 10 miljoni aasta järel. Arvatakse, et ka meie enda Linnutee galaktikas esinevad sellelaadsed pursked. Hetkel oleme küll puhkeseisundis, kuid kui mõne miljoni aasta eest oleks Maal elanud infrapuna - või röntgenikiirguse suhtes tundliku nägemisega olevusi, oleksid nad näinud Kaljukitse tähtkuju kohal kõrguvat hiigelkuplit, mille diameeter oli võrreldav 15 Kuu omaga .
David Block
Lõuna-Aafrika teadlane David Block on üks kuulsamaid tähetolmu uurijaid. "Meie ülesanne oli raske. See seisnes -253=C6C temperatuuril oleva miljoneid valgusaastaid meist eemal paikneva kosmilise tolmu jälgimises, et avastada märke elu ehituskividest," ütles Block. Tolm peidab endas olulisi võtmeid elu tekkimise mõistmiseks, kuna see sisaldab aineid - nagu molekulaarne vesinik -, mis olid vajalikud elu tekkeks Maal. "Me oleme piltlikult öeldes leidnud 2000 miljonit miljonit miljonit miljonit tonni seda külma tolmu galaktika kohta - ja arvestage, et galaktikaid on miljardeid," ütles Block. Tolmust oleme võetud
Enamik inimesi peab tähti kaugeteks objektideks, mida saab imetleda vaid eemalt, ent Block ja tema kaastöötajad usuvad, et tähed on ainult ilmaruumi tundmaõppimise lähtepunktid, mis aitavad meil lahendada ka elu mõistatust. Tavapäraselt peetakse astronoomiat teaduseks, mis uurib tähti, mis omakorda pole midagi muud kui gaasilised massid , mis kiirgavad valgust ja soojust. Ent üha enam suunavad astronoomid oma jõupingutusi ka tähtedevahelisele ruumile.
Block ütles, et Päike moodustus , kui hiiglaslik gaasi- ja tolmupilv tõmbus gravitatsiooni jõul kokku. Maa ja teised planeedid moodustusid samuti gaasi- ja tolmupilvedest, ent teistel tingimustel. "Tähtedevahelise gaasi ja tolmu uurimine on määratu tähtsusega," ütles Block. "Kosmiline tolm võib ju tunduda meie igapäevasest eksistentsist väga kaugel olevat. Ent tegelikult on see elu materjal. Kas me pole siis süsinikul põhinevad olendid, kes on moodustunud meie Maa tolmust?"
Tolmu leidub kõikjal.
Kuigi väljapaistev Hollandi teadlane Mayo Greenberg ennustas külma tolmu olemasolu kaks aastakümmet tagasi, on seda tolmu satelliitidel paiknevate observatooriumide abil avastatud vaid Maa kodugalaktikas, Linnuteel. Kuna tolm hajutab tähevalgust ning eraldab äärmiselt nõrka kiirgust, on astronoomidel olnud raskusi seda tavapäraste optiliste riistadega avastada.
Block ja tema uurimisrühm "nägid" optiliselt kosmilist tolmu pärast ulatuslikku uurimistööd. Enamus tööst tehti Tshiilis Atacama kõrbes, mis on tuntud oma selge taeva poolest. Kasutades infrapunast tehnoloogiat, mis arendati kunagi välja sõjaliseks otstarbeks, ning arvutustehnikat, õnnestus neil avastada kosmilist tolmu Linnutee piiridest väljaspool.
"Miks me seda otsime ? Külm tolm ja gaas saaksid tuua sõnumi miljardite aastate tagusest kollapsist meie praegu paisuvas suure paugu kosmoses," ütles Block
Kasutatud kirjandus:
„Põhjanael” Heikki Oja
Horisont 4/2004
„ Astronoomia 11kl.” B.Vorontsov-Veljaminov
„ Universum ” Pähklikoores” Stephen Hawking
www. kadrina .edu.ee/andres
www. nasa .com
www.miksike.ee