Гигантски молекулски облак

За другу употребу, погледајте чланак ГМО.

Гигантски молекулски облак (ГМО) је облак молекулског водоника (Х₂). Гигантски молекулски облаци се називају и "звездана породилишта", зато што у њима настају нове младе звезде. Молекулски облаци се разликују од других међузвезданих области које већински садрже јонизован гас.

Младе звезде око молекулског облака Цефеус Б.

Да био се молекулски облак звао гигантски, његова маса мора прелазити масу од 100.000 Сунчевих маса, а ширина му може бити и 300 светлосних година.

У нашој галаксији, половина целокупног међузвезданог гаса се налази у ГМО облацима. Облаци су распоређени у галактичкој равни у облику прстена на дебљини од 4 до 8 кпц од центра галаксије.

Еволуција

Настајање облака

Молекулски облаци се у сваком тренутку константно поново граде и поново нестају из разређенијег гаса. Брзина на којој међузвездани гас почиње да се скупља у звездоформирајуће звездане облаке у нашој галаксији је повезана са брзином настајања звезда. Та брзина се емпиријски оквирно може претпоставити преко два податка:

• просечне брзине настајања звезда које можемо посматрати
• и ефикасности формирања звезда у молекулским облацима.

У нашој галаксији је брзина настајања звезда је реда величине три сунчевих маса на годину дана. Познато је да се само до 2% масе просечног молекулског облака искористи за настајање звезде, што значи да се количина облака масе од 150 сунчевих облака годишње претвори у гас из ког настају нове звезде. Претпоставља се да је укупна количина гаса у нашој галаксији 5 милијарди сунчевих маса, тако да је потребно време да настане један гигантски молекулски облак 30 милиона година.

Слична процена за околину Сунца да је да овде гигантски молекулски облаци настају за око 50 милијарди година. Процењено време формирања облака је само нешто дуже од животног века облака, тако да се претпоставља да или је процес формирања врло динамичан, или мора бити у непрекидној повезаности са расформиравањем облака.

Механизми формације

Одавде се добијају 2 могућа механизма формације:

• Облак расте случајним сударима и спајањем

У овом случају велики облаци настају од мањих и процењено време настајања ГМО је најмање 100 милијарди година. С обзиром да је емпиријски процењено краће време, овај механизам највероватније није примарни и претпоставља се да између највећег броја судара између мањих облака долази до деструктивних судара.

• Гравитациона нестабилност у галактичком расном слоју

Овај механизам описује гравитациону нестабилност на великој скали. Претпоставља се да је овај механизам за формирање звезда важнији од претходног зато што би се гас на овај начин могао скупити у велике комплексе за око 40 милијарди година, што је у складу са емпиријским претпоставкама.

Оба ова механизма су проучавали Ларсон и Елмегрин 1980их и 1990их година.

Колапс облака и фрагментација

На основу процењених времена очекује се да ГМО мора да почне да формира звезде од тренутка формирања облака, међутим због реткости формирања гаса, добило би се закашњење. Како је активност настајања самих звезда реда величине 10 милијарди година, закључује се да звезде почињу да настају одмах након формирања облака.

Колапс и формација звезда се могу десити само у најгушћим деловима облака. Тако се најчеше и дешава да само део ГМО доживљава колапс, што као и узрок мало утиче на остале делове облака.

Према класичној теорији, формирање звезда укључује колапс делова или целог облака, као последицу дејства гравитације. Тај поступак је повезан са фрагментацијом облака у мање компоненте.

Физичке и хемијске особине

ГМО облак се већински састоји од молекулског водоника и молекулског хелијума, са малим доприносом тежих гасова. Молексулских и атомских врста гасова има подједнако. Темература им је ниска и износи између 10 и 50 К. Иако је средња густина молекулских облака само реда 100 честица по цм³, ови облаци су врло нехомогени и имају области са много већом густином, тзв. грудвице или језгра молекулског гаса. У таквим хладним и густим окружењима атоми се комбинују у молекуле. ГМО облаци садрже довољно густог гаса и међузвездане прашине за формирање стотина или хиљада звезда Сунчеве величине. Звезде настају у најгушћим деловима ових облака.

ГМО облаци не зраче видљиву светлост и оптичким телескопима се виде као тамна подручја. Њихово време живота траје између 10 и 100 милиона година пре него што се распадну услед топлоте и звезданих ветрова са новорођених звезда у њима. Просечна спирална галаксија попут наше, садржи између једне или две хиљаде Гигантских молекулских облака поред мањих.

Откриће

Маглина Орион у сликана оптичком спектру (лево) и у инфрацрвеном спектру (десно). Првим спектром су детектовани гасни облаци и прашина, док се другим спектром виде новорођене звезде.

Галактички прстен испуњен гигантским молекулским облацима је откривен тек 1970-их година када се технологија развила, јер молекулски водоник емитује зрачење на 110 нм, а међузвездана апсорпција на тој таласној дужини је велика. Иако ови облаци блокирају видљиву светлост, пропуштају инфрацрвену светлост.

Други врло заступљен начин детектовања ГМО облака подразумева детекцију угљен-моноксида (CO). CO се лакше детектује, а познат је константан однос између количина молекулског водоника и угљен-моноксида у ГМО облацима. Соломон Сковил Сандерс и други су као кључни корак елементарне интерпретације посматрања количине и распореда ЦО у ГМО искористили Виријалну теорему. Она тврди да се ГМО гравитационо ограничавају у виријалној равнотежи. Из мерења ширине (Р) и брзине дисперзије (σ), може се проценити маса ГМО по формули: $M\approx {\frac {R\sigma ^{2}}{G}}.$

Данас се температура и густина молекулских облака мери васионским телескопом Спитзер, а преко њих се скупљају подаци о физичким и хемијским композијама од којих настају протозвезде.