Природа межзвездной материи и теория флуктуации (очерк)

После открытия явления поглощения света в межзвездном пространстве Галактики возникла необходимость изучения свойств межзвездной поглощающей материи. Поглощение света звезд и туманностей межзвездной матерней вносит значительные изменения в их яркости, искажает их расстояния и, следовательно, распределения в пространстве. Это сильно осложняет исследование строения Галактики.

Амбарцумян внес важный вклад в изучение межзвездной материи, в определение ее строения и оптических свойств. Он показал, что поглощение света в Галактике невозможно объяснить присутствием газовой материи в межзвездной среде и причиной этого явления следует считать межзвездную пылевую материю.

Ученый (совместно со своим учеником Ш. Г. Горделадзе) в широко известном исследовании раскрыл природу наблюдаемой связи светлых пылевых туманностей в Галактике с освещающими их звездами. Простым и остроумным методом было показано, что эта связь в большинстве случаев случайная. Иначе говоря, как светлые наблюдаются лишь те пылевые туманности, около и внутри которых при случайных встречах оказались звезды достаточно высокой светимости. Это означало, что пылевые туманности, в соседстве с которыми не имеется звезд высокой светимости, не освещаются и должны быть темными. Следовательно, необходимо было допустить, что светлые и темные пылевые туманности являются одинаковой природы образованиями. Расчеты показали, что в Галактике звезды высокой светимости освещают лишь ничтожную долю (1/2000) всех пылевых туманностей. Иначе говоря, число неосвещаемых, темных пылевых туманностей в нашей звездной системе должно быть в 2000 раз больше, чем число светлых пылевых туманностей. Из факта такого обилия темных пылевых туманностей был получен принципиально важный вывод о том, что поглощение света в межзвездном пространстве Галактики вызывается не непрерывной пылевой средой, а в основном отдельными темными пылевыми туманностями — поглощающими облаками. Тем самым было установлено, что межзвездная поглощающая среда состоит из отдельных поглощающих облаков, то есть имеет клочковатую структуру.

Поглощающие облака больших размеров, обладающие большой поглощательной способностью, непосредственно наблюдаются в виде темных облаков и могут быть исследованы с помощью вызываемого ими поглощения света расположенных за ними звезд. Однако наблюдение, следовательно и исследование небольших облаков, обладающих незначительной поглощательной способностью, практически исключается, в то время как они составляют подавляющее большинство всех поглощающих облаков.

Мощным средством исследования совокупности межзвездных поглощающих облаков малых размеров явилась разработанная Амбарцумяном теория флуктуации.

Поглощающие облака в межзвездном пространстве сконцентрированы в довольно узком слое вокруг плоскости симметрии Галактики. Из-за вызываемого ими поглощения света возникают определенные отклонения в наблюдаемом распределении яркости Млечного Пути на небе, а также чисел внегалактических туманностей (Внегалактические туманности являются на самом деле огромными звездными системами — галактиками, подобно нашей Галактике. Вследствие их больших расстояний на фотографиях они имеют вид туманностей и поэтому раньше считались туманностями.) по сравнению с равномерным распределением.

Иначе говоря, если при отсутствии межзвездного поглощения, например, яркость Млечного Пути в соседних областях неба должна была отличаться немного (она должна была изменяться плавно), то наличие межзвездных поглощающих облаков приводит к тому, что при переходе от одной области к соседней на небе наблюдаются скачкообразные изменения этой яркости. Характер и величина наблюдаемых отклонений полностью определяются поглощательнымн свойствами межзвездных облаков и их числом на пути луча света. Исследование наблюдаемых отклонений с помощью теории флуктуации позволило определить важные характеристики (средняя поглощательная способность, средние размеры и т. д.) межзвездных поглощающих облаков. Следует добавить, что в теории флуктуации Амбарцумян учел различия в наблюдаемых распределениях рассматриваемых величин по сравнению с равномерным распределением, которые являются следствием существования физических групп звезд и галактик, а также наличия рассеяния света в межзвездном пространстве.

В настоящее время выводы о клочковатой структуре межзвездной поглощающей среды Галактики и о природе и свойствах поглощающих облаков твердо вошли в науку.
Интересно отметить, что при рассмотрении случайных отклонений наблюдаемых величин, соответствующих двум соседним направлениям в Галактике, от их среднего значения Амбарцумян столкнулся с математической задачей, требующей некоторого обобщения закона распределения случайных величин Пуассона для случая, когда случайные величины не полностью независимы друг от друга.

(Из книги Л. В. Мирзояна «Виктор Амбарцумян», Ереван, 1985 г.)

На сайте публикуются следующие статьи, отобранные самим В.А.Амбарцумяном для своей последней книги “A Life in Astrophysics” :
“The theory of fluctuations of the surface brightness in the Milky Way”
“Surface brightness in our Galaxy”
“On the patchy structure of the interstellar absorbing layer”
Эти статьи впервые были опубликованы в следующих журналах:
“К теории флуктуаций яркости в Млечном пути”, ДАН СССР [Dokl. Akad.Nauk SSSR], vol. 44, no.6, pp. 244-247, 1944
“О поверхностных яркостях в галактике”, Астр. журнал, [Sov.Astr.], vol. 23, pp. 257-268, 1946.
“On the patchy structure of the interstellar absorbing layer”, Trans. IAU, vol.7, pp. 452-455, 1950.
Они же были перепечатаны в изданиях:
«Научные труды» [в 3-х томах] Под ред. В.В.Соболева. Изд-во АН АрмССР, 1960-1988.
“A Life in Astrodivhysics. Selected Papers of Viktor A.Ambartsumian ” Edited by Rouben V. Ambartsumian, Allerton Press, 1988.