Как выяснилось, космическая область, известная как W3(OH) и расположенная на расстоянии около 6500 световых лет от Земли, таит в себе прямо-таки гигантское облако спирта. Правда, использовать его в качестве напитка не получится, да и не нужно.
Наличие алкоголя в космосе может показаться странным, однако в межзвёздном пространстве также проистекают сложные химические процессы между молекулярными облаками и пылью, а потому в космосе можно найти огромное количество различных химических соединений (сахара, например).
Спирт — это относительно простая молекула из достаточно распространённых элементов (водорода, углерода, кислорода), так что ничего удивительного в факте его существования в космосе нет. Хотя упоминание о целых облаках алкоголя наверняка вызовет усмешки у многих читателей, облака эти являются очень интересными явлениями с точки зрения астрофизики.
Из-за обилия подобных простых молекул, “добавление” небольшого количества энергии в систему может привести к вынужденному излучению света, известному как астрофизический мазер.
Термин мазер происходит от английского microwave amplification by the stimulated emission of radiation (“усиление микроволн с помощью вынужденного излучения). Когда тот же самый эффект происходит с видимым светом, он называется лазером.
Обычно, когда атом или молекула излучает свет, это происходит случайным образом. Электроны атома имеют некоторое количество дополнительной энергии (находятся в возбуждённом состоянии), и они переходят на более низкий энергетический уровень, испуская при этом квант света фотон. Такое явление известно как спонтанное излучение.
Согласно квантовому поведению электронов, они могут двигаться только между конкретными дискретными уровнями энергии. То есть фотоны атома или молекулы излучают конкретные энергии и имеют определённые цвета. То есть на руках у учёных есть определённые шаблоны спектров, излучаемых теми или иными атомами и молекулами.
Но если электрон находится в возбуждённом состоянии, а на молекулу воздействует другой фотон, то электрон также может опуститься на более низкий уровень энергии и испустить при этом фотон. Это явление известно как вынужденное излучение. Загвоздка в том, что это индуцированное излучение не может быть вызвано любым фотоном, оно должно быть вызвано фотоном той же энергии, которую электрон будет излучать.
Во время вынужденного излучения фотон извне может спровоцировать молекулу высвободить фотон, что заставит и другие молекулы выпускать свои фотоны. Это явление называется каскад вынужденного излучения (так как один первый фотон рождает целый “букет” себе подобных). Поскольку все фотоны движутся вместе (когерентны), излучение получается очень ярким. Так как все кванты света имеют одинаковую энергию или цвет, то “сияют” они на определённой длине волны.
Астрофизический мазер может зафиксирован только при определённых условиях. Во-первых, необходим тип молекулы с сильными эмиссионными линиями (например, молекула метилового спирта). Во-вторых, необходимо, чтобы молекулы были достаточно сконцентрированы в пространстве, так, чтобы первые стимулированные фотоны могли попасть в другие молекулы и вызвать каскад.
Межзвёздное облако из метилового спирта как раз сочетает в себе эти условия. И, наконец, необходимо присутствие источника энергии, например, протозвезды, которая начинает нагреваться.
Эти условия сочетаются в W3(OH), потому что облако спирта окружает так называемую звёздную колыбель. Этот регион можно увидеть на приведённом изображении. Мазеры отмечены белыми точками.
Когда явление мазеров было впервые обнаружено в 1950-х годах, исследователи подумали, что они могут быть созданы только человеком. Теперь же мы точно знаем, что мазеры являются естественным явлением.
