성간 물질에 대해서
천문학에서 성간 물질은 은하계의 항성계 공간에 존재하는 물질과 방사선입니다. 이 물질에는 이온, 원자, 분자 형태의 기체뿐만 아니라 먼지와 우주에서 쏟아지는 방사선도 포함됩니다. 이러한 물질들은 항성 간 공간을 채우고 주위 은하 간 공간에 원활하게 녹아있습니다. 성간 물질의 원자 밀도는 일반적으로 실험실의 진공 상태에서는 매우 낮지만 성간 물질의 충돌 간의 평균 자유 경로는 일반적인 항성 간 길이와 비교하여 짧기 때문에 성간 물질은 기체, 더 정확하게는 약간 이온화되어 있는 플라스마로서 작용하여 압력에 반응합니다.
성간 물질은 물질이 이온, 원자, 분자 중 어느 것으로 구별되는지, 그리고 물질의 온도와 밀도에 따라 다양한 단계로 구성됩니다. 성간 물질은 주로 수소로 구성되며 다음으로 소량의 탄소, 산소, 질소, 헬륨으로 구성되어 있습니다. 이러한 상태에서 열과 압력은 서로 대략적인 평형 상태에 있습니다. 또한 성간 물질에서 자기장과 난류 운동은 압력을 제공하며 일반적으로 열압보다 중요합니다. 성간 물질에서 물질은 주로 분자 형태이며 1세 제곱센티미터 당 106 분자 수 밀도에 이릅니다. 고온의 확산 영역에서 가스는 고도로 이온화됩니다. 그렇기 때문에 성간 물질의 99%는 어떤 물질이든 가스이고, 1%는 분진입니다. 성간 물질의 가스 중 원자의 91%가 수소고, 8.9%가 헬륨이며, 0.1%는 수소나 헬륨보다 무거운 원소의 원자로 금속으로 추측됩니다. 질량으로는 수소 70%, 헬륨 28%, 나머지는 중원소입니다. 수소와 헬륨은 주로 원시 핵합성의 결과이며 성간 물질에서 무거운 원소는 대부분 항성 진화 과정에서 항성 핵합성에 의한 농축의 결과입니다.
성간 물질이 천체 물리학에서 중요한 이유는 바로 항성과 은하 규모의 중간 역할을 하기 때문입니다. 성간 물질의 가장 밀도가 높은 영역 내에 항성이 형성되며 최종적으로 분자운에 기여합니다. 행성상 성운, 항성풍, 초신성을 통해 성간 물질에 물질과 에너지를 보충해줍니다. 항성과 성간 물질의 상호작용은 은하가 그 가스 함유량을 소모하는 속도와 그에 따라 활동적인 항성 형성 수명을 결정하는 데 도움이 됩니다.
성간 물질의 구조
천문학자들은 성간 물질을 난류라고 표현하는데, 이는 가스가 광범위한 공간 규모에 걸쳐 일관된 준랜덤 운동을 가지고 있음을 의미합니다. 유체의 움직임이 아음속으로 빠른 일반 난류와는 달리, 성간 물질 덩어리의 움직임은 보통 음속보다 빠릅니다. 가스 구름 간 초음속 충돌은 가스를 압축하고 가열하는 충격파를 발생시켜 음속을 올려 흐름이 국소적으로 아음속이 되도록 합니다. 따라서 초음속 난류는 복잡한 밀도, 온도 구조와 필연적으로 관련이 있습니다. 성간 물질에서 이것은 자기장에 의해 더욱 복잡해집니다. 자기장은 보통 순수 음파보다 빠른 파도 모드를 제공합니다. 난류 속도가 초음속이지만 알벤파 속도 이하일 경우, 움직임은 아음속 난류와 같은 것입니다.
항성은 분자운의 큰 복합체 깊숙한 곳에서 탄생하며 보통 몇 파섹 크기입니다. 항성의 삶과 죽음 사이에 성간 물질과 물리적으로 상호작용합니다. 젊은 성단으로부터의 항성풍과 초신성에 의해 생성되는 충격파는 주위에 막대한 에너지를 주입하여 극초음속 난류로 이어집니다. 결과적으로 얻은 구조물은 항성풍 버블이나 뜨거운 가스의 슈퍼 버블 등과 같이 X선 위성 망원경이나 전파 망원경 지도에서 관측된 난기류를 관측할 수 있습니다.
한번 형성되는 항성이나 행성은 성간 물질의 압력에 영향을 받지 않기 때문에 은하 원반 내 분자운에 형성되는 항성들은 은하 중심의 주위를 도는 일반적인 궤도 운동을 공유하지만 난류 움직임에는 참여하지 않습니다. 따라서 항성은 보통 주위 성간 물질에 상대적으로 이동합니다.
성간 물질의 멸종
성간 물질의 먼지 입자는 소멸과 적화, 빛의 세기 저하 및 항성으로부터의 관측 가능한 주요 파장 이동에 관여하고 있습니다. 이러한 영향은 광자의 산란과 흡수에 의해 야기되며 어두운 하늘에서 성간 물질을 육안으로 관찰할 수 있게 해 줍니다. 은하수 띠에서 볼 수 있는 뚜렷한 균열은 지구로부터 수천 광년 이내에 분자운에 포함된 먼지에 의해 배경 별빛이 흡수됨으로써 일어납니다. 이 효과는 파장의 증가와 함께 급속히 감소하여 중적외선 파장에서는 거의 무시할 수 있을 정도로 감소합니다.
성간 물질의 중성 수소 가스는 원자외선 빛을 흡수합니다. 구체적으로 원자 수소는 다른 라이만 계열에서도 매우 강하게 흡수됩니다. 따라서 지구에서 수백 광년 이상 떨어진 항성에서 이러한 파장으로 방출되는 빛을 보는 것은 거의 불가능합니다. 왜냐하면 대부분은 중성 수소가 개입함으로써 지구로의 오는 중에 흡수되기 때문입니다. 라이만의 한계 파장 광자는 모두 수소를 이온화할 수 있고 또한 매우 강하게 흡수합니다. 광자 에너지의 증가와 함께 흡수량이 점점 감소하면서 성간 매질은 매우 짧은 파장을 가진 연성 X선으로 투명해지며 멸종합니다.