第311章 星际物质（2/2）

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T_e\approx10^4,\text{K}\tis\left(\frac{[\text{OⅢ}],\bda4363/\bda5007}{0.1}\right)

]

（2）形态分类

类型特征案例

球状HⅡ区单恒星电离（如猎户座大星云）M42

行星状星云垂死恒星抛射壳层猫眼星云（NGC6543）

超壳层多颗超新星共同电离船底座GSH287+04-17

4.动力学过程

膨胀与演化：

年轻HⅡ区因高温膨胀（速度10-30k/s）

最终被星际压力限制或消散（寿命约100万年）

触发恒星形成：

膨胀壳层压缩周围分子云→新恒星诞生（如鹰状星云创生之柱）

宇宙射线：

1.基本特性

宇宙射线是以接近光速运动的带电粒子流，充斥整个宇宙。它们并非“射线”，而是主要由质子（90%）、氦核（9%）和少量重核/电子（1%）**组成。

能量范围：

低能：10?eV（约1MeV，来自太阳）

高能：102?eV（比人造加速器高1亿倍）

通量：

1GeV粒子：约1粒子/秒/2（地表每平方米每秒约粒子穿过你的身体）

2.起源与加速机制

（1）主要来源

类型能量范围候选天体

太阳宇宙射线10?-10?eV太阳耀斑

银河宇宙射线10?-101?eV超新星遗迹（如蟹状星云）、脉冲星

超高能宇宙射线＞101?eV活动星系核（AGN）、伽马暴

（2）加速原理

费米加速：

一阶费米：粒子在激波前后反复碰撞获得能量（超新星遗迹）

二阶费米：粒子与随机运动的磁云作用（效率较低）

极端天体引擎：

中子星磁层（产生PeV粒子）

黑洞喷流（可能加速EeV粒子）

3.宇宙射线的“星际之旅”

传播过程：

受银河系磁场偏转（路径曲折，无法追溯源头）

平均滞留时间：约1000万年（比横穿银河系时间长100倍）

相互作用：

与ISM碰撞→产生次级粒子（如π介子→γ射线/中微子）

引发核反应（如生成锂/铍等轻元素）

3.星际物质的相态分类

根据温度和密度，ISM可分为5种相态：

1.冷中性介质（M）

温度：K

密度：2050原子/3

典型区域：中性氢云（HI区）

2.暖中性介质（WNM）

温度：K

密度：0.20.5原子/3

占比：银河系ISM的50%

3.暖电离介质（WIM）

温度：8000K

密度：0.1原子/3

来源：恒星紫外辐射电离

4.热电离介质（HIM）

温度：10?10?K

密度：0.001原子/3

来源：超新星爆发冲击波

5.分子云（MC）

温度：1020K

密度：?分子/3

恒星摇篮：如猎户座大星云

ISM是（星际介质，IelrMediu）——宇宙的“物质画布”

1.基本定义

ISM（星际介质）是填充星系（如银河系）恒星之间的气体、尘埃、等离子体和宇宙射线的混合物质，占星系可见物质总质量的10%~15%。

关键特征：

密度极低（平均1个粒子/3，比地球实验室真空还稀薄）

温度跨度极大（10K~10?K，从冰冷分子云到炽热超新星遗迹）

磁场普遍存在（微高斯级，影响物质运动）

ISM的演化循环：

恒星形成--＞恒星风[恒星风/超新星爆发]

恒星风--＞注入[将物质抛回ISM]

注入--＞冷却[冷却凝聚成分子云]

冷却--＞恒星形成[新一代恒星诞生]

4.星际物质的观测手段

射电望远镜：探测中性氢（HI21线）、CO分子线

红外望远镜（如JWST）：穿透尘埃，观测恒星形成区

X射线望远镜（如钱德拉）：研究热等离子体

紫外光谱：分析电离气体（如CIV、OVI吸收线）

5.星际物质与恒星生命周期

恒星诞生：分子云坍缩→原恒星→主序星

恒星死亡：超新星爆发/行星状星云→物质回归ISM

循环过程：星际物质经历“恒星形成死亡再循环”数十亿年

6.特殊现象与结构

暗星云：致密尘埃遮挡背景星光（如马头星云）

电离氢区（HⅡ区）：年轻恒星电离周围气体（如鹰状星云“创生之柱”）

超新星遗迹：冲击波加热并富集重元素（如蟹状星云）

星际磁场：影响尘埃排列（导致星光偏振）

7.星际物质中的有机分子

已发现200多种分子，包括：

简单分子（H?O、NH?、CO）

复杂有机物（乙醇、甲醛、氨基酸前体）

生命化学基础：暗示宇宙可能普遍存在生命原料

8.未解之谜

尘埃具体形成机制？

分子云坍缩的触发条件？

星际磁场如何影响恒星形成？

总结

星际物质是宇宙中看似虚无却至关重要的“暗物质”，它塑造了星系的演化，孕育了恒星与行星，甚至可能播撒了生命的种子。每一颗恒星都曾是星际尘埃，而每一粒尘埃也可能成为未来的星球！