Các tính chất vật lý

Các vùng H II có tính chất vật lý thay đổi rất đa dạng. Chúng có kích thước từ siêu đặc (UCHII) có lẽ chỉ khoảng một năm ánh sáng hay ít hơn, đến những vùng H II có kích thước khổng lồ rộng vài trăm năm ánh sáng.[2] Kích thước của chúng còn được gọi là bán kính Stromgren và phụ thuộc cơ bản vào cường độ các photon ion hóa từ nguồn phát và mật độ của vùng. Mật độ của chúng thay đổi từ trên một triệu hạt trên 1 cm³ trong một vùng H II siêu đặc đến chỉ có vài hạt trên 1 cm³ trong những vùng lớn nhất và mở rộng nhất. Điều này hàm ý rằng tổng khối lượng của vùng từ khoảng 102 đến 105 khối lượng Mặt Trời.[17]

Cũng có những vùng H II "siêu đậm đặc", (UDHII).[18]

Phụ thuộc vào kích thước của một vùng H II, có khoảng vài nghìn ngôi sao bên trong nó. Điều này làm cho các vùng H II phức tạp hơn các tinh vân hành tinh, với chỉ có duy nhất một nguồn ion hóa trung tâm. Những vùng H II điển hình có nhiệt độ đến 10000 K.[2] Hầu hết chúng bị ion hóa, và các khí ion hóa (plasma) tạo ra từ trường với cường độ đến vài nano tesla.[19]

Các vùng H II cũng hầu như gắn liền với một loại khí phân tử lạnh, có nguồn gốc từ cùng một đám mây phân tử khổng lồ (GMC).[2] Các miền từ trường được tạo ra do các hạt tích điện chuyển động trong plasma, và từ đó vùng H II có thể cũng chứa điện trường.[20]

Về mặt hóa học, thành phần trong vùng H II chứa khoảng 90% hidro. Vạch bức xạ hidro mạnh nhất tại bước sóng 656,3 nm làm cho vùng H II hiện lên đa số là màu đỏ. Hầu hết những thành phần còn lại của một vùng H II chứa heli, và một lượng ít các nguyên tố nặng hơn. Trong toàn bộ một thiên hà, các nhà thiên văn đã tìm thấy rằng lượng các nguyên tố nặng trong vùng H II giảm đi khi khoảng cách từ tâm thiên hà tăng lên.[21] Điều này là do quá trình tiến hóa của một thiên hà, tốc độ hình thành sao là lớn hơn trong các vùng trung tâm thiên hà đậm đặc, kết quả làm giàu hơn môi trường liên sao bởi các sản phẩm từ phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Số lượng và sự phân bố

Các vùng H II đa số nằm trong các thiên hà xoắn ốc giống như Ngân Hà và các thiên hà dị hình. Chúng ít khi xuất hiện trong các thiên hà elip. Trong thiên hà dị hình, chúng nằm phân bố trên toàn bộ thiên hà, nhưng trong các thiên hà xoắn ốc chúng thường có mặt tại các nhánh xoắn ốc. Một thiên hà xoắn ốc lớn có thể chứa hàng nghìn vùng H II.[17]

Lý do các vùng H II hiếm khi xuất hiện trong các thiên hà elip là do các nhà thiên văn nghĩ rằng thiên hà elip hình thành từ sự hợp nhất giữa các thiên hà.[22] Trong các đám thiên hà quá trình hợp nhất thường hay xảy ra. Khi các thiên hà va chạm với nhau, bản thân các ngôi sao không va vào nhau, nhưng các Đám mây phân tử khổng lồ (GMC) và các vùng H II trong các thiên hà va chạm này thường hòa trộn vào nhau, dẫn đến hình thành những ngôi sao mới từ đám khí trong các vùng này với tốc độ sản sinh lớn hơn thông thường trên dưới 10%.

Các thiên hà diễn ra sự hình thành sao với tốc độ lớn được gọi là các thiên hà bùng nổ sao. Thiên hà elip sau khi hợp nhất chứa khá ít đám khí, và do vậy vùng H II không còn tiếp tục hình thành.[22] Các quan sát đầu thế kỷ 20 cho thấy hầu như có rất ít vùng H II nằm bên ngoài các thiên hà. Những vùng H II nằm ngoài các thiên hà có thể là tàn dư từ những thiên hà nhỏ đã sáp nhập vào các thiên hà lớn, và một số trường hợp chúng có thể là nơi các ngôi sao mới hình thành trong một thiên hà trẻ đang tập trung vật chất khí lại.[23]

Hình thái

Vùng H II có nhiều kích thước và hình dạng khác nhau. Chúng thường có dạng đám khói và không đồng nhất trên mọi kích thước từ nhỏ nhất đến lớn nhất.[2] Mỗi sao trong 1 vùng H II làm ion hóa thành một vùng gần giống hình cầu xung quanh nó - gọi là mặt cầu Strömgren, và sự kết hợp giữa những mặt cầu Strömgren trong những vùng này với sự giãn nở do bức xạ nhiệt tinh vân của các khí xung quanh với gradient mật độ mạnh tạo ra những tổ hợp hình thái phức tạp của những vùng H II.[24] Những vụ nổ siêu tân tinh cũng ảnh hưởng đến hình thái của các vùng H II. Trong một số trường hợp, sự hình thành của một cụm sao lớn trong 1 vùng H II làm cho xuất hiện những khoảng trống trong vùng này. Đó là trường hợp NGC 604, một vùng H II khổng lồ trong thiên hà Tam Giác.[25]