Oblasti H II: definice, vznik, tvary a význam ve hvězdotvorbě

Oblasti H II: definice, vznik, tvary a význam ve hvězdotvorbě — objevte, jak ionizovaný vodík a masivní hvězdy formují mlhoviny a hvězdokupy.

Definice a vznik

Oblast H II je oblast, kde se z vodíku tvoří obrovské modré hvězdy. Jsou pojmenovány podle ionizovaného atomárního vodíku, který v nich vzniká: H II. Termín H II označuje protony a elektrony vzniklé, když vysokoenergetické fotony z horkých hvězd odtrhnou elektrony z atomů vodíku.

Oblasti H II vznikají uvnitř hustých částí oblaků molekulárního plynu (velkých plynných mračen) poté, co se v nich zrodí masivní O a B hvězdy. Tyto hvězdy vyzařují velké množství ultrafialového světla, které ionizuje okolní plyn a vytváří rozsáhlé zářící oblasti. Ionizace a následné rekombinace elektronů s ionty vedou k emisním čarám (nejvýraznější je čára Balmerova Hα), které činí oblasti H II snadno pozorovatelnými v optickém spektru.

Fyzikální vlastnosti

Typické teploty uvnitř oblastí H II jsou řádově několik tisíc až kolem 10 000 K. Hustoty mohou velmi kolísat — od méně než 1 elektronu na cm³ v rozptýlených oblastech až po 10^6 cm³ v ultrakompaktních H II oblastech obklopujících nově vzniklé masivní hvězdy. Velikost oblasti určuje rovnováha mezi počtem ionizujících fotonů a rychlostí rekombinace, což popisuje tzv. Strömgrenova koule (ionizační oblast kolem hvězdy).

Spektrálně jsou oblasti H II charakterizovány kromě ultrafialového ionizačního záření i silnými emisními čarami — například Hα (656,3 nm), [O III], [N II] či [S II]. Poměry intenzit těchto čar se používají k určení teploty, hustoty a chemického složení plynu (metallicity).

Tvary a velikosti

Oblasti H II mohou mít průměr až několik stovek světelných let. Jejich tvary jsou velmi pestré: často se jeví jako shlukovité a vláknité struktury, mohou obsahovat pilíře, globule nebo tmavé Bokovy mlhoviny, a někdy vykazují bizarní formy. Klasickým příkladem zajímavého tvaru je mlhovina Koňská hlava, známá svou tmavou siluetou proti jasnému pozadí ionizovaného plynu.

Rozlišujeme také podle velikosti a hustoty typy jako ultrakompaktní, kompaktní, klasické a obří (giant) H II oblasti. Ultrakompaktní H II oblasti obklopují velmi mladé hvězdy doslova zahalené v mateřském oblaku a jsou často silně zářivé v infračerveném a rádiovém oboru, zatímco obří oblasti H II (s tisíci hvězd) mohou zasahovat na desítky až stovky světelných let.

Role ve hvězdotvorbě a vývoj

Hvězdy vznikají uvnitř velkého oblaku plynného vodíku. V oblastech H II se během několika milionů let zrodí tisíce hvězd. Krátkověké modré hvězdy vznikající v těchto oblastech vyzařují obrovské množství ultrafialového světla. To ionizuje okolní plyn. Proces hvězdotvorby v rámci molekulárního mračna je řízen gravitačním zhroucením, turbulencí a vlivem radiačního tlaku, přičemž vzniklé hmotné hvězdy mohou daleko ovlivnit své okolí.

Nakonec vznikne hvězdokupa. Výbuchy supernov a silný hvězdný vítr nejhmotnějších hvězd odfouknou plyny z oblasti H II. Tento proces vyčistí okolí a zanechá volně rozpadající se nebo volně vázanou hvězdokupu; příkladem takové zbývající skupiny jsou Plejády. Životnost aktivní H II oblasti je relativně krátká — typicky několik milionů let — po jejich vyčištění se aktivní ionizace utlumí.

Pozorování a význam v astronomii

Oblasti H II lze ve vesmíru pozorovat ve velkých vzdálenostech. Studium extragalaktických oblastí H II pomáhá určit vzdálenost a chemické složení jiných galaxií. Silné emisní čáry slouží jako luminiscenční značky hvězdotvorby a pomocí jejich posuvu lze měřit rychlostné vzdálenosti (redshift). Poměry emisních čar navíc umožňují odhadovat metalicitu a ionizační parametr v galaxiích.

Spirální a nepravidelné galaxie mají mnoho oblastí H II, zatímco eliptické galaxie téměř žádné, protože v eliptických galaxiích chybí studené plyny potřebné pro hvězdotvorbu. Ve spirálních galaxiích, jako je Mléčná dráha, se oblasti H II nacházejí ve spirálních ramenech, ale v nepravidelných galaxiích jsou rozmístěny náhodně.

Příklady známých oblastí H II

První známou oblastí H II pozorovanou dalekohledem byla mlhovina v Orionu, zaznamenaná už v roce 1610, a od té doby se stala jedním z nejlépe prozkoumaných hvězdotvorných regionů. Některé galaxie mají obrovské oblasti H II s desítkami tisíc hvězd. Příkladem je oblast 30 Doradus ve Velkém Magellanově mračnu a NGC 604 v galaxii Triangulum. Tyto gigantické oblasti (často nazývané tarantula nebo supersklady hvězd) slouží jako laboratoře ke studiu extrémní hvězdotvorby.

Další poznámky

• Oblasti H II jsou pozorovatelné nejen v optickém oboru (Hα), ale i v infračerveném (skrytá, mladá jádra), rádiovém (free–free záření) a rentgenovém (horký plyn generovaný větrem a supernovami).
• Spektrální analýza těchto oblastí pomáhá astronomům mapovat chemickou evoluci galaxií a řídit modely hvězdotvorby.
• Nezaměňovat s planetárními mlhovinami nebo zbytky supernov — tyto objekty také vykazují emisní čáry, ale mají odlišný původ a fyzikální strukturu.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to region H II?

Otázka: Jak tyto oblasti vznikají?

Otázka: Jak velké mohou být oblasti H II?

Otázka: Kdy byla objevena první známá oblast H II?

Otázka: Co se děje s oblastí H II v průběhu času?

Otázka: Kde můžeme najít extragalaktické oblasti H II?

Otázka: Existují nějaké obzvláště velké příklady oblastí H II?

Hledání podle dopisu