Обзор нашей родной галактики, проведенный с помощью орбитального телескопа Гершель, показал, что мы сильно недооцениваем запасы молекулярного газа. Применение новой методики поиска увеличило оценку подходящего для рождения звезд газа в Млечном пути на треть. При этом наблюдался отнюдь не сам молекулярный водород, а намного более активный в плане излучения ионизированный углерод. Именно он указал на большое количество газа, который в основном находится в переходном состоянии от атомарного водорода к молекулярному, более плотному и удобному для дальнейшего уплотнения при рождении звезд. Кроме того, что в Млечном пути таким образом повысилось содержание «звездородного» материала, расширились и границы его обитания.

В Млечном пути, как и в каждой галактике, звезды рождаются при постепенном уплотнении сгустков материи в молекулярных газовых облаках. Крупные облака газа в результате могут стать местами активного звездообразования с очень ярким излучением, но до рождения звезд это излучение очень слабо. Основной компонент облаков – молекулярный водород, который не излучает при тех низких температурах, которые обычно наблюдаются в звездообразующих облаках. Однако на предшествующей стадии излучение облака и примесей газов в нем обнаружить легче. Кроме того, превращение атомарного водорода в молекулярный – необходимый этап на пути к рождению звезды. Сначала облако в месте будущего звездообразования рождается из рассеянного облака атомарного водорода. В этом смысле распределение атомарного водорода по галактике представляет не меньший интерес, чем молекулярного. И в обоих случаях приходится в основном полагаться не на прямые наблюдения, а на косвенные признаки наличия водорода в том или ином виде.

Чаще всего для охоты за молекулярными облаками в регионах звездообразования используется оксид углерода. Несмотря на то, что этот газ является лишь незначительной примесью в облаке, его излучение намного мощнее излучения молекулярного водорода. Правда, далеко не каждое водородное облако содержит типичное среднее количество угарного газа, так что при таком подходе можно пропустить часть будущих колыбелей звезд. Поэтому к основной информации обычно добавляют аналогичные данные по другим газам-примесям в облаке. Это, в первую очередь, космическая пыль, неразрывно связанная с облаками, и излучение, связанное уже с самим водородом. Это гамма-лучи, которые испускаются при взаимодействии заряженных частиц космического излучения с нейтральным атомарным или молекулярным водородом.

Использование таких дополнительных свидетелей молекулярных облаков и привело к подозрению, что в Млечном пути больше пригодного к рождению звезд газа – то, что бы пропущено с использованием только угарного газа, было замечено по другим признакам. Наиболее убедительные данные были собраны с помощью орбитального телескопа Гершель. Кроме типичных признаков, ему оказалось под силу изучить еще один, новый. Это следы ионизованного углерода в облаках, причем за счет привнесения этих новых данных получилось даже создать трехмерную картину распределения молекулярных облаков в Млечном пути.

«Это – первый обзор ионизованного углерода в плоскости нашей галактики – там, где находится подавляющее большинство звезд и звездообразующих облаков Млечного пути, причем он объединяет одновременно высокое спектральное и пространственное разрешение, – говорит сотрудник Лаборатории реактивного движения Жорж Пинеда, руководивший анализом собранных телескопом данных. – За счет очень высокого разрешения орбитального телескопа Гершель нам удалось оценить расстояние до мест концентрации излучающего ионизованного углерода от галактического центра, и, таким образом, воссоздать радиальное распределение газа по галактике».

Ионизованный углерод, выдавший положение незаметного молекулярного водорода, представляет собой атомы углерода, лишившиеся внешнего электрона. Он теряется под воздействием ультрафиолетовых фотонов близких молодых звезд. В результате атомы углерода начинают излучать на длине волны 156 микрон. Эта линия в спектрах излучения межзвездного пространства является самой яркой для дальней инфракрасной части. Это излучение, однако, может наблюдаться только космическими телескопами, так как оно очень эффективно поглощается земной атмосферой. «Атомы углерода ионизуются теми же ультрафиолетовыми фотонами, которые разрушают молекулярный водород на атомы, но эти два процесса обычно не сопровождают друг друга, – говорит Уильям Лагер, сотрудник Лаборатории. – Так что по линии испускания ионизованного углерода мы можем выделить важные места, где углерод уже в основном ионизован, но водород еще находится в молекулярном виде». Для того, чтобы разделить места, где водород еще противостоит излучению, используются дополнительные источники данных. Однако удовлетворительные дополнительные сведения удалось получить только для трех четвертей объема газа, наблюдавшегося Гершелем. Из-за этого пришлось предпринять попытку по наблюдению облаков на большей глубине.

Наиболее плотная внутренняя часть молекулярного облака содержит в основном водород и оксид углерода. Однако внешняя оболочка облака имеет более сложный состав, определяемый ультрафиолетовым излучением звезд. Самый внешний слой состоит почти только из ионизованных атомов, и при увеличении глубины становится все больше нейтральных атомов и молекул. В самом нижнем слое, еще заметно затрагиваемом излучением, молекулярный водород и ионизованный углерод сосуществуют. Сведения, собранные Гершелем, указывают на значительный вклад этих слоев. Почти 30% всего запаса молекулярного газа Млечного пути может содержаться в таких местах, обычно не попадающих на карты при разделении водорода и ионизованного углерода.

Кроме самого факта существования большого количества смешанного с ионами углерода молекулярного газа интерес представляет его распределение. В основном такой газ был найден в кольце на расстоянии 13-36 тысяч от центра галактики, заметно дальше, чем определяемый по оксиду углерода.