Вращающаяся пыль

В астрономии излучение вращающейся пыли — это механизм, предложенный для объяснения аномального микроволнового излучения Млечного Пути . Излучение может возникнуть из-за электрического диполя очень быстро вращающихся (10–60 ГГц) чрезвычайно маленьких (нанометровых) пылинок, как предположили Брюс Т. Дрейн и Алекс Лазариан в 1998 году, скорее всего, это полициклические ароматические углеводороды . Аномальное излучение было впервые обнаружено как побочный продукт наблюдений космического микроволнового фона , которые позволяют проводить очень чувствительные измерения микроволнового неба, необходимые для выявления и удаления загрязнения из галактики. Считается, что мельчайшие пылинки содержат всего лишь сотни атомов. ^{[ 1 ]}

История

Аномальное микроволновое излучение было впервые замечено как удивительная статистическая корреляция изменений микроволнового неба с излучением дальнего инфракрасного диапазона (FIR) (Когут и др., 1996, Лейтч и др., 1997). Этот сигнал отслеживал излучение теплой галактической пыли, что было неожиданным, поскольку экстраполированный сигнал инфракрасной пыли на микроволновые частоты должен был быть как минимум на порядок ниже наблюдаемого. Когут и др. коррелировали COBE наблюдения дифференциального микроволнового радиометра на сантиметровых волнах с излучением пыли DIRBE на длине волны 140 мкм, в то время как Leitch et al. коррелировали наблюдения кольца Радиообсерватории Оуэнс-Вэлли на частотах 14,5 и 32 ГГц с IRAS 100 мкм. В то время предполагалось, что корреляция возникла из-за свободного или тормозного излучения ионизированного газа, вызванного молодыми горячими звездами, которые формируются в этих пыльных регионах.

Физика

Маленькие пылинки, вероятно, будут иметь постоянный электрический дипольный момент μ из-за собственного дипольного момента молекул внутри зерна и неравномерного распределения заряда. Взаимодействие с окружающим газом и полем радиации приводит к вращению зерен. Обозначая через ω их (векторную) угловую скорость и предполагая, что зерна для простоты имеют сферическую форму (чтобы они не раскачивались), формула Лармора дает мощность, излучаемую таким вращающимся диполем:

$P(\omega )={\frac {2}{3}}{\frac {{\ddot {\boldsymbol {\mu }}}^{2}}{c^{3}}}={\frac {2}{3}}{\frac {\omega ^{4}\mu _{\bot }^{2}}{c^{3}}},$

где $µ⊥,$ — компонента µ перпендикулярная ω . Эта мощность излучается на частоте вращения ν = ω/(2 π). Чтобы вычислить коэффициент излучения, обусловленный этим радиационным процессом, требуется функция распределения вероятностей f (ω) для скорости вращения ω, а также плотность числа пылинок. Обе функции зависят от размера зерна, как и дипольный момент ц. Функция распределения f(ω) зависит от температуры, плотности и степени ионизации окружающего газа, а также от локального поля излучения. Усовершенствованные модели (Хоанг и др., 2010) учитывают колебание несферических пылевых частиц, и в этом случае угловая скорость не является постоянной для данного углового момента, и мощность излучается на нескольких частотах.

Ссылки

^ Сига, Дэвид. «Вращающиеся пылинки космической пыли установили рекорд скорости» . Новый учёный . Проверено 1 апреля 2021 г.

Когут, А.; Бандей, Эй Джей; Беннетт, CL; и др. (1996). «Микроволновое излучение в высоких галактических широтах на четырехлетних картах неба DMR». Письма астрофизического журнала . 464 : L5–L9. arXiv : astro-ph/9601060 . Бибкод : 1996ApJ...464L...5K . дои : 10.1086/310072 . S2CID 119522441 .
Лейтч, Э.М.; Ридхед, СКУД; Пирсон, Т.Дж. и Майерс, С. (1997). «Аномальный компонент галактического излучения». Письма астрофизического журнала . 486 (1): Л23–Л26. arXiv : astro-ph/9705241 . Бибкод : 1997ApJ...486L..23L . дои : 10.1086/310823 . S2CID 31257976 .
Дрен, Британская Колумбия; Лазариан, А. (1998). «Электрическое дипольное излучение вращающихся пылевых зерен». Астрофизический журнал . 508 (1): 157–179. arXiv : astro-ph/9802239 . Бибкод : 1998ApJ...508..157D . дои : 10.1086/306387 . S2CID 17908072 .
Дрен, Британская Колумбия; Лазариан, А. (1998). «Диффузное галактическое излучение вращающихся пылевых зерен». Письма астрофизического журнала . 494 (1): Л19–Л22. arXiv : astro-ph/9710152 . Бибкод : 1998ApJ...494L..19D . дои : 10.1086/311167 . S2CID 12545858 .
Хоанг, Тим; Дрен, Британская Колумбия; Лазариан, А. (2010). «Улучшение модели микроволнового излучения вращающейся пыли: эффекты качания зерен и переходного раскрутки». Астрофизический журнал . 715 (2): 1462. arXiv : 1003.2638 . Бибкод : 2010ApJ...715.1462H . дои : 10.1088/0004-637X/715/2/1462 . S2CID 118528181 .
Али-Хаймуд, Ю. (2013). «Радиация вращающейся пыли: обзор теории» . Достижения астрономии . 2013 : 462697. arXiv : 1211.2748 . Бибкод : 2013AdAst2013E...2A . дои : 10.1155/2013/462697 .

[1] Сига, Дэвид. «Вращающиеся пылинки космической пыли установили рекорд скорости» . Новый учёный . Проверено 1 апреля 2021 г.

[ 1 ]