Eigenschaften von interstellarem Staub

Ja, Nr. 1 ist die richtige Antwort.

1. ✅ Bei kleinen Partikeln wie Staubkörnern und Molekülen interagiert Licht im Allgemeinen am leichtesten mit Partikeln, die ungefähr dieselbe Größe wie seine Wellenlänge haben. Dies ist in der folgenden Abbildung als Maximum zu sehen. Das heißt, der Querschnitt des Partikels hängt nicht von seiner exakten Form ab, sondern vom Verhältnis zwischen Größe und Wellenlänge des einfallenden Lichts: Werden die Partikel größer, gelangt man in den Bereich der „geometrischen“ Streuung, wo die Querschnitt nähert sich dem geometrischen Querschnitt (z$\pi r^2$für eine Kugel etc.), während man mit kleiner werdenden Teilchen in das „Rayleigh-Regime“ eintritt, wo der Wirkungsquerschnitt proportional zur Potenz der Wellenlänge abfällt$-4$.

   Da wir aus Beobachtungen wissen, dass interstellarer Staub optisches und insbesondere UV-Licht erheblich beeinflusst, wissen wir, dass die Staubkörner ungefähr die Größe der Wellenlänge dieses Lichts haben müssen. Eine sorgfältigere Modellierung zeigt, dass eine typische kosmische Staubgrößenverteilung durch ein Potenzgesetz mit der Wahrscheinlichkeit der Größe beschrieben werden kann$r$abnehmend etwa als$P(r) \propto r^{-3.5}$( Mathi et al. 1977 ). Mit anderen Worten, für jedes Staubkorn der Größe$r$, gibt es 3.000-mal so viele Staubkörner der Größe$r/10$.

2. 🚫 „Normale“ Staubpartikel liegen im Bereich 1–100$\mu\mathrm{m}$(Danke für die Quellen @uhoh & @PeterErwin , es sei denn, sie meinen Staubhasen, die eher mm- bis cm-groß sind. Auf jeden Fall ist kosmischer Staub nicht viel größer als normaler Staub, daher ist # 2 nicht korrekt.

3. 🚫 #3 stimmt auch nicht. Es stimmt zwar, dass 98 % des interstellaren Gases aus Wasserstoff und Helium besteht, aber die letzten 2 % bestehen aus Staub. Das heißt, Eisen, Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff usw.

4. 🚫 Schließlich stimmt es zwar, dass blaues Licht von Staub effizienter absorbiert oder gestreut wird als rotes Licht, aber Staub emittiert kein blaues Licht. Wenn es absorbiert wird, wird die Energie zum Erhitzen des Staubs verwendet und später als Infrarotlicht wieder emittiert. Also #4 ist auch nicht richtig.

In der Abbildung unten sehen Sie, wie der Querschnitt eines (n idealisierten) Partikels vom Verhältnis seiner Größe abhängt$r$und die Wellenlänge$\lambda$des einfallenden Lichts.

^{Bildnachweis: Catslash, gemeinfrei, über Wikimedia Commons mit eigenen Anmerkungen.}

Ja, das ist richtig.

Wie Sie sagten, haben interstellare Staubpartikel mehr oder weniger die gleiche Größe wie terrestrischer Staub. Wir glauben, dass sie hauptsächlich aus Kohlenstoff und Silikaten bestehen. Aus der Absorptionskurve lassen sich Größe und Zusammensetzung ableiten. Die Kurve sagt Ihnen, dass interstellarer Staub viel blaues/UV-Licht absorbiert, und sobald die Körner eine Gleichgewichtstemperatur erreicht haben, geben sie diese Energie im Infrarotbereich wieder ab.

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