[论文解读] Interstellar Dust

B. T. Draine|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 8

一句话总结

本文利用光谱特征、散射、红外辐射及气相元素耗竭，综述了银河系星际尘埃的成分与尺寸分布，发现能再现消光效应的尘埃模型所需尘埃总体积远大于由耗竭估算的体积。研究提出尘埃颗粒可能降低气相D/H比并改变新生恒星中的元素丰度，为本地星际介质中观测到的D/H比变化提供了一种机制。

ABSTRACT

In the interstellar medium of the Milky Way, certain elements -- e.g., Mg, Si, Al, Ca, Ti, Fe -- reside predominantly in interstellar dust grains. These grains absorb, scatter, and emit electromagnetic radiation, heat the interstellar medium by photoelectric emission, play a role in the ionization balance of the gas, and catalyze the formation of molecules, particularly H2. I review the state of our knowledge of the composition and sizes of interstellar grains, including what we can learn from spectral features, luminescence, scattering, infrared emission, and observed gas-phase depletions. The total grain volume in dust models which reproduce interstellar extinction is significantly greater than estimated from observed depletions. Dust grains might reduce the gas-phase D/H ratio, providing an alternative mechanism to explain observed variations in the gas-phase D/H ratio in the local interstellar medium. Transport in dust grains could cause elemental abundances in newly-formed stars to differ from interstellar abundances.

研究动机与目标

• 综合当前关于银河系星际介质中星际尘埃成分与颗粒尺寸分布的知识。
• 研究能再现星际消光的尘埃模型与从观测气相耗竭推断的模型之间的差异。
• 评估尘埃颗粒通过捕获氘而降低气相D/H比的作用，作为解释本地星际介质中观测到的D/H比变化的替代机制。
• 评估尘埃颗粒输运如何改变新生恒星中元素丰度，与星际介质丰度进行比较。

提出的方法

• 通过分析光谱特征推断星际尘埃颗粒的化学成分。
• 利用发光与散射数据约束颗粒尺寸分布与光学特性。
• 通过评估红外辐射特性推断颗粒温度与尺寸。
• 将Mg、Si、Al、Ca、Ti、Fe等元素的观测气相耗竭与尘埃模型进行比较，估算总颗粒体积。
• 建模尘埃对星际介质电离平衡及H2形成的影响。
• 评估尘埃捕获氘的潜力，从而影响气相D/H比。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的光谱特征、散射及红外辐射如何约束星际尘埃颗粒的成分与尺寸分布？
• RQ2 为何能再现消光的尘埃模型所需总颗粒体积显著大于由气相耗竭估算的体积？
• RQ3 尘埃颗粒对氘的捕获是否可解释本地星际介质中观测到的气相D/H比变化？
• RQ4 与星际介质相比，尘埃颗粒在多大程度上改变了新生恒星中的元素丰度？

主要发现

• 能再现星际消光的尘埃模型所需总颗粒体积远大于由Mg、Si、Al、Ca、Ti、Fe等元素气相耗竭估算的体积。
• 星际尘埃颗粒吸收、散射并发射电磁辐射，并通过光电发射加热星际介质。
• 尘埃颗粒在星际气体电离平衡中起关键作用，并催化H2分子的形成。
• 氘在尘埃颗粒中的捕获可能降低气相D/H比，为本地星际介质中观测到的D/H比变化提供替代解释。
• 元素在尘埃颗粒中的输运可能导致星际丰度与新生恒星中观测到的丰度存在差异。