H II piirkonnad: ioniseeritud vesiniku tähtede sünnikoht

Uuri H II piirkondi: ioniseeritud vesinik, tähtede sünnikoht, kujundid ja näited (Orion, 30 Doradus) — kuidas need galaktikates tähti ja kogumeid sünnitavad.

H II piirkond on kosmiline piirkond, kus vesinik on peamiselt ioniseeritud ehk koorunud elektronidest ja moodustunud vaba prootonite gaas. Selliseid alasid tekib sageli just siis, kui suured sinised tähed sünnivad vesinikugaasipilve sees. Nad on saanud oma nime ioniseeritud aatomilise vesiniku järgi, mida need tähed intensiivse ultraviolettkiirguse kaudu toodavad: see ioniseeritud vesinik tähistatakse sümboliga H II (neutraalse vesiniku tähis on H I).

Kuidas H II piirkonnad tekivad

Uued massiivsed tähed (peamiselt O- ja väga eredamad B-tüüpi tähed) kiirgavad palju ultraviolettvalguse footoneid, mis piisava energia korral eemaldavad vesiniku aatomitest elektronid. Selle protsessi tulemusena tekib ümbritsev ioniseeritud piirkond ehk H II piirkond. Alguses on sees tihe molekulpilv, aga tähtede kiirgus ja tähe tuuled lõhuvad ja soojendavad gaasi, moodustades sageli Strömgreni sfäärile sarnase ala (ioniseeritud “kuulike”).

Omadused ja nähtavus

• Suurus: H II piirkonnad võivad olla mõnest valgusaastast (ultrakompaktsed, kompaktsed piirkonnad) kuni mitmesaja või isegi tuhandeid valgusaastaid laiusteni (suured või hiigel-H II piirkonnad).
• Temperatuur ja tihedus: tüüpiline elektroonitemperatuur on mõned tuhanded kelvineid (tavalises vahemikus ~5 000–20 000 K) ja osakeste ruumitihedus võib olla mõnest kuni tuhandeteni cm⁻³.
• Heledus ja spekter: ioniseeritud gaas kiirgab tugevaid emissioonjooni, eriti vesiniku H-alpha (656,3 nm) joont, kuid ka [O III], [N II] jt. need jooned teevad H II piirkonnad fotodes ja spektrites kergesti eristatavaks.
• Vormid: H II piirkonnad on väga mitmekesise kujuga: kobarad, niidjad, laikud, või kummalisemate vormidega, nagu näiteks Horsehead'i udukogulal (Horsehead nebula).

Tähtede teke ja elutsükkel

Tähed tekivad molekulaarsetes gaasipilvedes. Kui piirkonnas sünnib mitu massiivset tähte, ioniseerib nende ultraviolettvalgus ümbruse ja moodustab H II piirkonna. Selle perioodi jooksul võivad piirkonnas tekkida tuhandeid tähti mitme miljoni aasta jooksul. H II piirkonna eluiga on suhteliselt lühike – tavaliselt mõned miljonid aastad – sest kõige massiivsemad tähed elavad lühikest elu ja lõpevad sageli supernoovana.

Kui massiivsete tähtede tugevad tuuled ja supernoovaplahvatused pumbavad gaasi eemale, hajub ioniseeritud gaas ja algne pilv hävineb. Järele jääb sageli avatud tähekogum (klaster) või assotsiatsioon – näiteks meie galaktias tuntud rühm, mille tüüpiline tulemus on selline tähtede kogum nagu Plejaadide tähtede kogum.

H II piirkondade tähtsus astronoomias

H II piirkonnad on olulised järgmistel põhjustel:

• nad on otseselt seotud pärisajaga tähtede moodustumisega ja seetõttu kasutatakse neid galaktikates aktiivsete sünnitsoonide tuvastamiseks;
• emissioonjoonte põhjal saab määrata gaasi füüsikalisi tingimusi (temperatuur, tihedus) ning kemialist koostist ja metalliaderust (seega ka galaktikate metallilisust);
• ekstragalaktiliste H II piirkondade heledus (nt H-alpha emissioon) on üks viis hinnata teiste galaktikate tähetõusu määra ja kaugusi, eriti kui kombineerida seda teiste mõõtmismeetoditega;
• suured H II piirkonnad ja neid ümbritsevad klastrid annavad infot galaktilise struktuuri ja tähepopulatsiooni kohta.

Paiknemine galaktikates ja tuntud näited

Spiraal- ja ebaregulaarsetel galaktikatel leidub palju H II piirkondi, sageli spiraalharudes, kus tihedam gaas soodustab uute tähtede teket. Elliptilistel galaktikatel neid peaaegu ei ole, sest neis on vähe külma gaasi ja seega vähe uut tähtede teket. Spiraalseid galaktikaid, nagu näiteks Linnutee, leidub H II piirkondi spiraalharudes, kuid ebaregulaarsetes galaktikates on need juhuslikult jaotunud.

Mõned kuulsad H II piirkonnad:

• Orioni udukogu, mis on meie Linnutee lähedal ja üks kõige paremini uuritud H II piirkondi (tuntud ka kui M42);
• 30 Doradus Suures Magellani pilves (30 Doradus) – väga suur ja helge sünnitsoon, kus on kümneid tuhandeid tähti;
• NGC 604 Triangulumi galaktikas (NGC 604) – hiigel-H II piirkond koos arvukate massiivsete tähtedega.

Kokkuvõtlikult on H II piirkonnad tähtsad nii kohalikus tähtede kujunemises kui ka kaugemate galaktikate uurimisel: nad valgustavad ja rikastavad galaktilist keskkonda, näitavad aktiivseid sünnitsoone ning aitavad määrata gaasi keemilist koostist ja galaktika evolutsiooni tunnuseid.

Küsimused ja vastused

K: Mis on H II piirkond?

K: Kuidas need piirkonnad tekivad?

K: Kui suured võivad H II piirkonnad olla?

K: Millal avastati esimene teadaolev H II piirkond?

K: Mis juhtub H II piirkonnaga aja jooksul?

K: Kus võib leida ekstragalaktilisi H II piirkondi?

K: Kas on olemas eriti suuri H II piirkonna näiteid?

Otsing