第311章 星际物质（2/2）
[
t_e \\approx 10^4 , \\text{k} \\times \\left( \\frac{[\\text{o3}],\mbda4363\/\mbda5007}{0.1} \\right)
]
（2）形态分类
类型 特征 案例
球状h2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（ngc 6543）
超壳层 多颗超新星共同电离 船底座gsh 287+04-17
4. 动力学过程
膨胀与演化：
年轻h2区因高温膨胀（速度10-30 km\/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1 mev，来自太阳）
高能：102? ev（比人造加速器高1亿倍）
通量：
1 gev粒子：约1粒子\/秒\/cm2（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\/cm3
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\/cm3
占比：银河系ism的50%
3. 暖电离介质（wim）
温度：8000 k
密度：0.1 原子\/cm3
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\/cm3
来源：超新星爆发冲击波
5. 分子云（mc）
温度：1020 k
密度：? 分子\/cm3
恒星摇篮：如猎户座大星云
ism 是（星际介质，interster medium）——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\/cm3，比地球实验室真空还稀薄）
温度跨度极大（10 k~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（hi 21 cm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c iv、o vi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（h2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！