[论文解读] Properties of dust in the high-latitude translucent cloud L1780 I: Spatially distinct dust populations and increased dust emissivity from ISO observations

M. Ridderstad, M. Juvela+3 more|ArXiv.org|Nov 28, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 28被引用 32

一句话总结

本研究利用ISO和IRAS数据分析了高银纬半透明云L1780的远红外尘埃发射，发现在冷核东部存在空间上分离的非常小颗粒（VSGs）和多环芳烃（PAHs）群体，而在核心区域则观测到尘埃发射率升高——表现为在高视觉消光条件下远红外发射率提高1.5倍——表明颗粒聚集。结果表明，致密星际区域中存在不同的颗粒群体及其物理演化过程。

ABSTRACT

We have analyzed the properties of dust in the high galactic latitude translucent cloud Lynds 1780 using ISOPHOT maps at 100 and 200 micrometers and raster scans at 60, 80, 100, 120, 150 and 200 micrometers. In far-infrared (FIR) emission, the cloud has a single core that coincides with the maxima of visual extinction and 200um optical depth. At the resolution of 3.0 arcmin, the maximum visual extinction is 4.0 mag. At the cloud core, the minimum temperature and the maximum 200um optical depth are 14.9+/-0.4 K and 2.0+/-0.2x10^{-3}, respectively, at the resolution of 1.5 arcmin. The cloud mass is estimated to be 18M_{SUN}. The FIR observations, combined with IRAS observations, suggest the presence of different, spatially distinct dust grain populations in the cloud: the FIR core region is the realm of the "classical" large grains, whereas the very small grains and the PAHs have separate maxima on the Eastern side of the cold core, towards the "tail" of this cometary-shaped cloud. The color ratios indicate an overabundance of PAHs and VSGs in L1780. Our FIR observations combined with the optical extinction data indicate an increase of the emissivity of the big grain dust component in the cold core, suggesting grain coagulation or some other change in the properties of the large grains. Based on our observations, we also address the question, to what extent the 80um emission and even the 100um and the 120um emission contain a contribution from the small-grain component.

研究动机与目标

• 研究半透明云L1780中尘埃颗粒群体的空间分布与物理特性。
• 确定L1780冷致密核心中尘埃发射率是否升高，以推断颗粒聚集或结构变化等物理过程。
• 评估非常小颗粒（VSGs）和PAHs对80–120 μm波段远红外发射的贡献，特别是长波长区域。
• 考察视觉消光（A_V）与200 μm光学厚度之间的相关性，以推断高柱密度区域尘埃性质的变化。

提出的方法

• 利用ISO在100 μm和200 μm的成像数据及60至200 μm的扫描数据，绘制L1780区域的远红外发射图。
• 结合ISO数据与IRAS在12 μm和25 μm的观测数据，以及近红外J、H、K_S波段的颜色色指数数据，推导出视觉消光（A_V）。
• 构建颜色比值图（如12 μm/100 μm、60 μm/100 μm），以识别相对于太阳邻域的PAHs和VSGs过量。
• 从远红外发射计算200 μm光学厚度（τ_200），并与A_V进行比较，以检测非线性行为，从而指示发射率增强。
• 利用1.5 角分分辨率的图像，推导出冷核区域的最小尘埃温度为14.9 ± 0.4 K，最大τ_200为2.0 ± 0.3 × 10⁻³。
• 基于单位氢原子的吸收截面（σ^H(200 μm) = 1.4 × 10⁻²⁵ cm²），估算尘埃质量为18 M_☉。

实验结果

研究问题

• RQ1 在半透明云L1780中，是否存在空间上分离的非常小颗粒（VSGs）和PAHs群体？
• RQ2 L1780冷致密核心中的远红外尘埃发射率是否升高？若升高，何种物理过程可解释该现象？
• RQ3 80 μm、100 μm和120 μm发射中，小颗粒成分的贡献程度如何？
• RQ4 视觉消光（A_V）与200 μm光学厚度（τ_200）之间的关系如何偏离线性？这反映了尘埃性质的何种变化？
• RQ5 L1780云的总质量是多少？其尘埃发射率与弥散星际介质相比如何？

主要发现

• L1780的远红外发射核心与视觉消光峰值及200 μm光学厚度峰值在空间上一致，表明存在一个单一的冷致密核心。
• 最大视觉消光为4.0 mag（在3.0 角分分辨率下），冷核区域的最小尘埃温度为14.9 ± 0.4 K，200 μm光学厚度为2.0 ± 0.3 × 10⁻³（在1.5 角分分辨率下）。
• 颜色比值（12 μm/100 μm、25 μm/100 μm、60 μm/100 μm）分别达到太阳邻域值的4.8、4.8和2.0倍，表明PAHs和VSGs存在过量。
• 80 μm、100 μm甚至120 μm的发射中均含有可测量的小颗粒成分贡献，挑战了在这些波长下仅由大颗粒发射的假设。
• 在高A_V（>3.5 mag）区域，τ_200/A_V比值呈现非线性增长，表明核心区域远红外尘埃发射率提高了1.5倍，与颗粒聚集或结构变化一致。
• L1780的尘埃质量估算为18 M_☉，200 μm波段单位氢原子的吸收截面为1.4 × 10⁻²⁵ cm²，与弥散星际介质的值一致。