Môi trường giữa các sao
Môi trường giữa các sao là vấn đề chiếm không gian giữa các hệ sao trong một thiên hà. 99% chất này là khí – hêli, hêli, và một lượng nhỏ các nguyên tố ion hoá khác như oxy. 1% khác là các hạt bụi, được cho là chủ yếu là than chì, silicat và ion. Mây bụi và khí được gọi là tinh vân.
Có ba loại chính tinh vân: sự hấp thụ, phản xạ và tinh vân phóng xạ. Tinh vân hấp thụ (hoặc tối) được làm bằng bụi và khí với số lượng mà chúng che khuất ánh sáng sao chổi phía sau chúng, làm cho việc đo quang học trở nên khó khăn. Tinh vân phản chiếu, như tên của chúng, cho thấy phản ánh ánh sáng của các ngôi sao gần đó. Phổ của chúng tương tự như những ngôi sao xung quanh chúng, mặc dù ánh sáng xanh hơn; các bước sóng ngắn hơn phân tán tốt hơn các bước sóng dài hơn. Tinh vân phát xạ phát ra ánh sáng ở các bước sóng cụ thể phụ thuộc vào thành phần hóa học của chúng.
Tinh vân khí phát xạ khí
Trong những năm đầu của quang phổ thiên văn học, các nhà khoa học đã bị bối rối bởi quang phổ của tinh vân khí. Năm 1864, William Huggins nhận thấy rằng nhiều tinh vân chỉ cho thấy các dòng phát xạ chứ không phải là một quang phổ đầy đủ như các ngôi sao. Từ nghiên cứu của Kirchhoff, ông kết luận rằng tinh vân phải chứa “khối lượng khổng lồ của khí hoặc hơi phát sáng”.Tuy nhiên, có một số đường phát thải không thể liên kết với bất kỳ phần tử trên mặt đất, sáng nhất trong số chúng là đường 495,9 nm và 500,7 nm. Những đường này được cho là một nguyên tố mới, nebuli, cho đến khi Ira Bowen xác định vào năm 1927 rằng các đường phát thải từ oxy ion hóa cao (O + 2). Các đường phát thải không thể được nhân rộng trong phòng thí nghiệm vì chúng là các đường cấm; mật độ thấp của một tinh vân (một nguyên tử trên một centymetric khối) cho phép các ion phân tán suy giảm thông qua phát xạ đường cấm chứ không phải va chạm với các nguyên tử khác
Không phải tất cả các tinh vân phóng xạ đều được tìm thấy xung quanh hoặc gần sao nơi mà sự nung nóng năng lượng mặt trời gây ra sự ion hóa. Phần lớn tinh vân khí phát ra khí được tạo thành từ hydrogen trung tính. Trong môi trường mặt đất, hydrogen trung tính có hai trạng thái spin có thể xảy ra: điện tử có cùng spin hoặc spin ngược đối với proton. Khi nguyên tử chuyển tiếp giữa hai trạng thái này, nó phóng ra một đường phát xạ hoặc hấp thụ là 21 cm. Dòng này nằm trong phạm vi sóng vô tuyến và cho phép đo rất chính xác:
Vận tốc của đám mây có thể được đo bằng sự dịch chuyển Doppler
Cường độ của đường 21 cm cho mật độ và số nguyên tử trong đám mây
Nhiệt độ của đám mây có thể được tính
Sử dụng thông tin này, hình dạng của Dải Ngân hà đã được xác định là một thiên hà xoắn ốc, mặc dù số lượng chính xác và vị trí của cánh tay xoắn ốc là chủ đề của các nghiên cứu đang được tiến hành .
Các phân tử phức tạp
Bài chi tiết: Danh sách phân tử giữa các vì sao và phân vùng
Bụi và các phân tử trong môi trường giữa các sao không chỉ che khuất phép đo đạc mà còn gây ra các dòng hấp thụ trong quang phổ. Các đặc trưng quang phổ của chúng được tạo ra bởi sự chuyển tiếp của các electron thành phần giữa các mức năng lượng khác nhau, hoặc bởi các vòng quay hoặc dao động. Sự phát hiện thường xảy ra ở các phần sóng vô tuyến, sóng vô tuyến hoặc sóng vô tuyến. Các phản ứng hóa học tạo thành các phân tử này có thể xảy ra trong các đám mây khuếch tán hoặc lạnh trong một ngôi sao lùn trắng từ một sao mới hoặc sao băng. Hydrocacbon thơm đa vòng như axetylen (C2H2) thường nhóm lại với nhau để tạo thành graphit hoặc vật liệu bã nhờn, nhưng các phân tử hữu cơ khác như axeton ((CH3) 2CO) và buckminsterfullerenes (C60 và C70)