วัฏจักรของตัวกลางระหว่างดวงดาว

ก๊าซระหว่างดวงดาวมีอยู่หลายวัฏจักรที่อยู่ร่วมกัน ครอบคลุมตั้งแต่เมฆหนาแน่นเย็น ก๊าซกระจายตัวอุ่น ไปจนถึงพลาสมาที่ร้อนและเบาบาง โดยมีความสมดุลของความดันโดยประมาณ

Definition

วัฏจักรของตัวกลางระหว่างดวงดาวคือสถานะที่แตกต่างกันทางความร้อนของก๊าซระหว่างดวงดาว ได้แก่ ก๊าซอะตอมที่เป็นกลางแบบเย็นและอุ่น ก๊าซไอออไนซ์แบบอุ่น และพลาสมาไอออไนซ์แบบร้อน ซึ่งอยู่ร่วมกันที่ความดันที่เทียบเคียงกันได้ เนื่องจากความสมดุลระหว่างการให้ความร้อนและการทำให้เย็นลง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงก๊าซอะตอมที่เป็นกลางทั้งแบบเย็นและอุ่น ก๊าซไอออไนซ์แบบอุ่นและร้อน รวมถึงบริเวณ HII และฟองอากาศร้อนที่เกิดจากซูเปอร์โนวา ความไม่เสถียรทางความร้อนที่ผลักดันให้ก๊าซเข้าสู่วัฏจักรที่แตกต่างกัน และความสมดุลของความดันโดยประมาณที่เชื่อมโยงวัฏจักรเหล่านี้เข้าด้วยกัน

Core questions

• วัฏจักรหลักของก๊าซระหว่างดวงดาวคืออะไร และมีอุณหภูมิและความหนาแน่นเท่าใด?
• เหตุใดก๊าซจึงแยกออกเป็นวัฏจักรที่แตกต่างกัน แทนที่จะเป็นตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน?
• บริเวณ HII และฟองซูเปอร์โนวาที่ร้อนเกิดขึ้นได้อย่างไร?
• ความสมดุลของความดันโดยประมาณระหว่างวัฏจักรต่างๆ รักษาไว้อย่างไร?

Key theories

ความไม่เสถียรทางความร้อนและสองวัฏจักรที่เสถียร

Field และคณะได้แสดงให้เห็นว่าความสมดุลของการให้ความร้อนและการทำให้เย็นลงทำให้ก๊าซที่มีความหนาแน่นปานกลางไม่เสถียรทางความร้อน ดังนั้นก๊าซที่เป็นกลางจึงตกตะกอนเป็นวัฏจักรที่หนาแน่นเย็นและวัฏจักรที่กระจายตัวอุ่นที่อยู่ร่วมกันที่ความดันใกล้เคียงกัน

แบบจำลองสามวัฏจักร

McKee และ Ostriker ได้เพิ่มวัฏจักรที่ร้อนที่แพร่หลายซึ่งสร้างขึ้นโดยคลื่นกระแทกของซูเปอร์โนวา ทำให้เกิดภาพขององค์ประกอบที่เย็น อุ่น และร้อนที่อยู่ร่วมกันอย่างมีพลวัตและควบคุมด้วยความดัน

Clinical relevance

โครงสร้างวัฏจักรของตัวกลางระหว่างดวงดาวควบคุมว่าก๊าซจะเย็นลงและยุบตัวเพื่อก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ได้อย่างไร พลังงานซูเปอร์โนวาถูกกระจายออกไปอย่างไร และจะตีความตัวบ่งชี้ที่สังเกตได้ เช่น ไฮโดรเจนที่เป็นกลางและการปล่อยก๊าซไอออไนซ์ได้อย่างไร

History

ผลงานของ Field, Goldsmith และ Habing ในปี 1969 ได้แสดงให้เห็นว่าความไม่เสถียรทางความร้อนแบ่งก๊าซที่เป็นกลางออกเป็นสองวัฏจักรที่เสถียร แบบจำลองสามวัฏจักรของ McKee และ Ostriker ในปี 1977 ได้รวมองค์ประกอบที่ร้อนซึ่งขับเคลื่อนด้วยซูเปอร์โนวา และการสำรวจหลายความยาวคลื่นในภายหลังได้ทำแผนที่วัฏจักรเหล่านี้ทั่วทั้งกาแล็กซี

Key figures

• George Field
• Christopher McKee
• Jeremiah Ostriker
• Harm Habing

Seminal works

• field1969
• mckee1977
• ferriere2001

Frequently asked questions

เหตุใดก๊าซระหว่างดวงดาวจึงแยกออกเป็นวัฏจักรที่ร้อนและเย็น?

ที่ความหนาแน่นบางอย่าง วิธีการที่ก๊าซเย็นลงทำให้สถานะกลางไม่เสถียร: ก๊าซมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนไปสู่สถานะที่หนาแน่นเย็นหรือสถานะที่กระจายตัวอุ่น เมื่อซูเปอร์โนวาเพิ่มองค์ประกอบที่ร้อน ตัวกลางจะกลายเป็นหลายวัฏจักรที่อยู่ร่วมกันที่ความดันใกล้เคียงกัน

บริเวณ HII คืออะไร?

บริเวณ HII คือโซนของก๊าซระหว่างดวงดาวที่ถูกไอออไนซ์โดยแสงอัลตราไวโอเลตจากดาวฤกษ์อายุน้อยที่ร้อน ไฮโดรเจนที่ถูกไอออไนซ์จะเรืองแสง ทำให้เกิดเนบิวลาสว่างที่มักพบเห็นรอบบริเวณที่มีการก่อตัวของดาวฤกษ์เมื่อไม่นานมานี้