[论文解读] ISO far infrared observations of the high latitude cloud L1642. II. Correlated variations of far-infrared emissivity and temperature of "classical large" dust particles

K. Lehtinen, M. Juvela+3 more|ArXiv.org|Jan 26, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 30被引用 19

一句话总结

本研究利用ISO远红外与光学消光数据，分析高纬度云团L1642中尘埃发射率与温度的变化。研究发现，当尘埃温度从19 K降至14 K时，表观发射率约增加2倍；辐射转移建模表明，为解释致密区域中温度降低与发射率升高的现象，远红外吸收截面需增加2–3倍，表明尘埃聚集或冰壳生长已超出简单辐射屏蔽效应的解释范围。

ABSTRACT

Our aim is to compare the infrared properties of big, ``classical'' dust grains with visual extinction in the cloud L1642. In particular, we study the differences of grain emissivity between diffuse and dense regions in the cloud. The far-infrared properties of dust are based on large-scale 100um and 200um maps. Extinction through the cloud has been derived by using the star count method at B- and I-bands, and color excess method at J, H and Ks bands. Radiative transfer calculations have been used to study the effects of increasing absorption cross-section on the far-infrared emission and dust temperature. Dust emissivity, measured by the ratio of far-infrared optical depth to visual extinction, tau(far-IR)/A(V), increases with decreasing dust temperature in L1642. There is about two-fold increase of emissivity over the dust temperature range of 19K-14K. Radiative transfer calculations show that in order to explain the observed decrease of dust temperature towards the centre of L1642 an increase of absorption cross-section of dust at far-IR is necessary.This temperature decrease cannot be explained solely by the attenuation of interstellar radiation field. Increased absorption cross-section manifests itself also as an increased emissivity. We find that, due to temperature effects, the apparent value of optical depth tau(far-IR), derived from 100um and 200um intensities, is always lower than the true optical depth.

研究动机与目标

• 研究高纬度暗云L1642不同区域中远红外发射率与尘埃温度的变化特征。
• 确定云团中心区域尘埃温度降低是否可仅由星际辐射场衰减解释。
• 评估尘埃颗粒性质变化（如聚集或冰壳生长）是否为解释温度与发射率相关性的必要因素。
• 区分基于100 μm与200 μm亮度图推导出的光学深度、发射率与温度的表观值与真实值。
• 量化为使观测到的温度与发射率趋势与辐射转移模型一致，远红外吸收截面所需增加的幅度。

提出的方法

• 利用ISO与IRAS的100 μm与200 μm大尺度远红外图，推导出表观尘埃温度与光学深度。
• 通过2MASS调查中B与I波段的星等计数法及J、H、Ks波段的颜色超额技术测量视觉消光。
• 表观发射率通过远红外光学深度与视觉消光之比（τ(far-IR)/AV）计算，并对背景辐射进行修正。
• 采用辐射转移模型，模拟远红外波段尘埃吸收截面增加对观测温度与发射率的影响。
• 通过模拟模型尘埃颗粒的亮度图，推导出表观光学深度与发射率，将表观参数与真实值进行比较。
• 本研究采用模型模拟得出的2.5倍缩放因子，将表观发射率转换为真实发射率，以与理论尘埃模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 L1642致密区B中心区域观测到的尘埃温度降低是否超过仅由星际辐射场衰减所能解释的范围？
• RQ2 在L1642的不同区域，表观远红外发射率（τ(far-IR)/AV）如何随尘埃温度变化？
• RQ3 为同时解释B区观测到的温度下降与发射率上升，远红外吸收截面需增加多少？
• RQ4 在100 μm与200 μm亮度图推导中，为何表观光学深度与发射率系统性低于真实值（存在温度偏差）？
• RQ5 尘埃聚集或冰壳吸附是否可解释观测到的发射率增强？哪种机制更符合观测到的2–3倍吸收截面增加？

主要发现

• 在L1642的A、B、C区域，尘埃温度从19 K降至14 K时，表观发射率（τ(far-IR)/AV）约增加2倍。
• 由于从100 μm与200 μm亮度图推导中存在温度偏差，表观光学深度与发射率系统性低于真实值。
• 为解释B区观测到的10 K温度下降与相关发射率上升，远红外吸收截面需增加2–3倍。
• B区的真实发射率（σH,true(200 μm) ≈ 3.0×10⁻²⁵ cm²）超过弥散星际介质模型的2.5倍以上，表明尘埃演化显著。
• 观测到的发射率增强无法仅由冰壳吸附解释，后者最多使发射率增加2倍，暗示尘埃聚集为更合理的机制。
• 辐射转移建模证实，增加吸收截面与降低尘埃温度的组合是重现L1642最致密区域远红外与消光数据的必要条件。