H II oblasti — definícia, vznik hviezd a príklady

Oblasť H II — definícia, vznik hviezd z ionizovaného vodíka a príklady (30 Doradus, NGC 604). Pozrite formovanie masívnych modrých hviezd a ich vplyv na galaxie.

Oblasť H II je oblasť, kde sa z vodíka tvoria obrovské modré hviezdy. Ich názov je odvodený od ionizovaného atómového vodíka, ktorý v nich vzniká: H II.

Hviezdy vznikajú vo veľkom oblaku vodíkového plynu. Krátko žijúce modré hviezdy, ktoré vznikajú v týchto oblastiach, vyžarujú obrovské množstvo ultrafialového svetla. To ionizuje okolitý plyn.

Oblasti H II môžu mať priemer niekoľko stoviek svetelných rokov. Prvou známou oblasťou H II bola hmlovina v Orióne, ktorá bola objavená v roku 1610. Tieto oblasti majú veľmi rozmanité tvary. Často sa javia ako zhlukové a vláknité, niekedy majú bizarné tvary, ako napríklad hmlovina Konská hlava.

V oblastiach H II sa v priebehu niekoľkých miliónov rokov zrodia tisíce hviezd. Nakoniec vznikne hviezdokopa. Nakoniec výbuchy supernov a silný hviezdny vietor z najhmotnejších hviezd odfúknu plyny z oblasti H II. Takto po sebe zanechajú zhluk hviezd, ako sú napríklad Plejády.

Oblasti H II možno vo vesmíre pozorovať vo veľkých vzdialenostiach. Štúdium extragalaktických oblastí H II pomáha určiť vzdialenosť a chemické zloženie iných galaxií.

Špirálové a nepravidelné galaxie majú veľa oblastí H II, zatiaľ čo eliptické galaxie nemajú takmer žiadne. V špirálových galaxiách, ako je Mliečna dráha, sa oblasti H II nachádzajú v špirálových ramenách, ale v nepravidelných galaxiách sú rozmiestnené náhodne.

Niektoré galaxie majú obrovské oblasti H II s desiatkami tisíc hviezd. Príkladom je oblasť 30 Doradus vo Veľkom Magellanovom oblaku a NGC 604 v galaxii Triangulum.

Čo presne znamená H II a aké sú fyzikálne vlastnosti

H II označuje ionizovaný vodík — atóm vodíka, ktorému bol odobraný elektron. Rozdiel medzi H I a H II je teda v stave atómu: H I je neutrálna podoba, H II je ionizovaná. Ionizáciu spôsobujú fotóny s energiou nad 13,6 eV (ultrafialové žiarenie) pochádzajúce z horúcich, krátko žijúcich hviezd typu O a B.

Oblasti H II majú typické teploty rádovo niekoľko tisíc kelvinov (zvyčajne približne 6 000–12 000 K). Hustoty sú nízke v porovnaní so zemskými podmienkami, typicky od niekoľkých jedincov do niekoľkých tisíc častíc na cm3 v závislosti od konkrétnej oblasti.

Vznik, vývoj a mechanizmy

• Vznik: Oblasti H II vznikajú v hustých molekulárnych oblačných komplexoch, kde gravitačný kolaps miestnych prehustení spúšťa tvorbu hviezd. Najhmotnejšie z nich emitujú množstvo ionizujúceho ultrafialového žiarenia.
• Strömgrenova sféra: Ionizovaný objem okolo hviezdy sa nazýva Strömgrenova sféra — výsledok rovnováhy medzi rýchlosťou ionizácie a rýchlosťou rekombinácií elektrónov a iónov. Polomer tejto sféry závisí od intenzity UV žiarenia a hustoty plynu.
• Emisné spektrum: Keď sa elektróny rekombinujú s iónmi vodíka, vznikajú silné emisné čiary, najznámejšia je červená čiara Hα (656,3 nm), ktorá dáva mnohým hmlovinám ich ružovo-červený vzhľad. Viditeľné sú aj tzv. zakázané čiary ťažších prvkov, napr. [O III], [S II], ktoré poskytujú dôležité informácie o teplote a zloženie.
• Trvanie: Oblasti H II sú dočasné — typicky pretrvávajú niekoľko stotisíc až niekoľko miliónov rokov. Po určitom čase hviezdy vetrom a výbuchmi supernov odfúkajú okolité plyny, čo vedie k ukončeniu emisie oblasti H II a k odkrytiu vzniknutej hviezdokopy.
• Spúšťanie ďalšej tvorby hviezd: Ionizačné fronty a rázové vlny môžu stláčať susedné časti molekulárneho obláku a spúšťať tak sekundárnu tvorbu hviezd — proces nazývaný spúšťaná (triggered) formácia hviezd.

Použitie v astronómii a význam

Oblasti H II sú dôležité pre pochopenie hviezdotvorby a evolúcie galaxií. Ich spektrá umožňujú:

• určiť rýchlosť tvorby hviezd z intenzity čiary Hα;
• určiť chemické zloženie (metalicitu) galaxií pomocou pomerov emisných čiar (napr. O/H);
• študovať kinematiku plynu a vplyv hviezd na okolie (vetry, expanzné bubliny);
• vzdialenostné odhady a mapovanie rozdelenia hviezdotvorby v extragalaktických objektoch.

Príklady a mierka

Oblasti H II sa rozlišujú podľa veľkosti a počtu vzniknutých hviezd. Malé sú lokálne H II bubliny v rámci jedného molekulárneho oblaku, zatiaľ čo obrovské (tzv. "giant H II regions") obsahujú desaťtisíce hviezd a môžu mať priemery stovky svetelných rokov. Medzi známe príklady patria hmlovina v Orióne, hmlovina Konská hlava, oblasť 30 Doradus vo Veľkom Magellanovom oblaku a NGC 604 v galaxii Triangulum.

Rozloženie v rôznych typoch galaxií

V súlade s pozorovaniami majú špirálové a nepravidelné galaxie bohatejšiu populáciu oblastí H II, pretože aktívne prebieha tvorba hviezd. Naopak eliptické galaxie sú spravidla chudobné na chladný plyn a teda aj na oblasti H II. V špirálach, ako je Mliečna dráha, sa oblasti H II často zoskupujú v ramenách, zatiaľ čo v nepravidelných galaxiách sú rozmiestnené náhodne.

Zhrnutie

Oblasti H II sú kľúčovými miestami hviezdotvorby: označujú fázu, keď mladé, horúce hviezdy ionizujú okolitý plyn a tým vytvárajú svetelné mlhoviny, ktoré astronomom umožňujú študovať procesy tvorby hviezd, chémiu a evolúciu galaxií. Ich dočasná povaha a rôznorodé tvary robia z oblastí H II jedny z najmalebnejších a najinformatívnejších objektov na oblohe.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to región H II?

Otázka: Ako tieto oblasti vznikajú?

Otázka: Aké veľké môžu byť oblasti H II?

Otázka: Kedy bola objavená prvá známa oblasť H II?

Otázka: Čo sa stane s oblasťou H II v priebehu času?

Otázka: Kde môžeme nájsť extragalaktické oblasti H II?

Otázka: Existujú nejaké obzvlášť veľké príklady oblastí H II?

Hľadajte podľa písmena