ฝุ่นระหว่างดาวฤกษ์และการลดทอนแสง

อนุภาคของแข็งขนาดเล็กที่กระจายอยู่ทั่วอวกาศระหว่างดาวฤกษ์จะดูดกลืนและกระจายแสงดาว ทำให้วัตถุที่อยู่ไกลออกไปดูจางลงและมีสีแดงขึ้น และยังเป็นตัวกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของแก๊สอีกด้วย

Definition

ฝุ่นระหว่างดาวฤกษ์ประกอบด้วยอนุภาคของแข็งขนาดไมครอนและเล็กกว่าของวัสดุซิลิเกตและคาร์บอนที่ผสมกับแก๊สระหว่างดาวฤกษ์; การลดทอนแสงคือการที่แสงดาวจางลงและมีสีแดงขึ้น ซึ่งเกิดจากการดูดกลืนและการกระจายแสงโดยอนุภาคเหล่านี้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงองค์ประกอบและการกระจายขนาดของอนุภาคฝุ่นระหว่างดาวฤกษ์ การขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของการลดทอนแสงและการเปลี่ยนเป็นสีแดง คุณลักษณะการลดทอนแสงที่โดดเด่นและแถบการแผ่รังสี บทบาทของฝุ่นในการให้ความร้อนและความเย็น และในการเร่งปฏิกิริยาการก่อตัวของโมเลกุล รวมถึงวิธีการที่ใช้ในการแก้ไขการสังเกตการณ์ที่ได้รับผลกระทบจากฝุ่น

Core questions

• อนุภาคฝุ่นระหว่างดาวฤกษ์ประกอบด้วยอะไร และมีขนาดเท่าใด?
• การลดทอนแสงแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่นอย่างไร และการเปลี่ยนเป็นสีแดงคืออะไร?
• คุณลักษณะสเปกตรัมและการแผ่รังสีใดที่เผยให้เห็นธรรมชาติของฝุ่น?
• นักดาราศาสตร์แก้ไขการสังเกตการณ์สำหรับการลดทอนแสงจากฝุ่นได้อย่างไร?

Key theories

การกระจายขนาดอนุภาค

แบบจำลอง MRN แบบคลาสสิกอธิบายอนุภาคระหว่างดาวฤกษ์ว่าเป็นการกระจายแบบกฎกำลังของขนาดซิลิเกตและกราไฟต์ ซึ่งจำลองการลดทอนแสงที่สังเกตได้ในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ

เส้นโค้งการลดทอนแสง

การลดทอนแสงจะเพิ่มขึ้นเมื่อความยาวคลื่นสั้นลงและแสดงให้เห็นถึงการกระแทกของรังสีอัลตราไวโอเลตที่โดดเด่น และรูปร่างของมันสามารถกำหนดพารามิเตอร์ได้ด้วยปริมาณเดียว ซึ่งให้การแก้ไขที่เป็นมาตรฐานสำหรับการเปลี่ยนเป็นสีแดง

ฝุ่นในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี

พื้นผิวของอนุภาคช่วยให้เกิดปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งการก่อตัวของไฮโดรเจนโมเลกุล ซึ่งไม่สามารถเกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพในสถานะแก๊ส ทำให้ฝุ่นเป็นศูนย์กลางของเคมีระหว่างดาวฤกษ์

Clinical relevance

การลดทอนแสงจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขในการสังเกตการณ์ดาวฤกษ์และกาแล็กซีเกือบทุกครั้ง การเปลี่ยนเป็นสีแดงที่เกิดจากฝุ่นทำให้การวัดระยะทางและการเปลี่ยนเป็นสีแดงมีความซับซ้อนและเป็นไปได้ในเวลาเดียวกัน และอนุภาคฝุ่นยังเป็นตัวขับเคลื่อนปฏิกิริยาเคมีที่สร้างโมเลกุลและในที่สุดก็สร้างดาวเคราะห์

History

โรเบิร์ต ทรัมเพลอร์ (Robert Trumpler) ได้แสดงให้เห็นถึงการดูดกลืนแสงระหว่างดาวฤกษ์ในปี 1930 โดยสังเกตว่ากระจุกดาวที่อยู่ไกลออกไปดูจางและมีสีแดงมากเกินไป แบบจำลองขนาดอนุภาค MRN ในปี 1977 และการกำหนดพารามิเตอร์การลดทอนแสงของ Cardelli, Clayton, และ Mathis ในปี 1989 ได้กลายเป็นเครื่องมือมาตรฐาน ซึ่งได้รับการปรับปรุงโดยสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลตของคุณลักษณะของฝุ่น

Key figures

• Bruce Draine
• John Mathis
• Jason Cardelli
• Geoffrey Clayton

Seminal works

• mathis1977
• cardelli1989
• draine2003

Frequently asked questions

ทำไมฝุ่นระหว่างดาวฤกษ์จึงทำให้ดาวดูแดงขึ้น?

ฝุ่นจะกระจายและดูดกลืนแสงสีน้ำเงินได้ดีกว่าแสงสีแดง ดังนั้นแสงดาวที่ผ่านฝุ่นจะสูญเสียองค์ประกอบสีน้ำเงินไปในสัดส่วนที่มากกว่า แสงที่ส่งผ่านจึงทั้งจางลงและเปลี่ยนไปทางสีแดง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเปลี่ยนเป็นสีแดง

ฝุ่นระหว่างดาวฤกษ์ประกอบด้วยอะไร?

ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กของแร่ซิลิเกตและวัสดุที่อุดมด้วยคาร์บอน ซึ่งมีขนาดหลากหลาย อนุภาคเหล่านี้ก่อตัวขึ้นในการไหลออกของดาวฤกษ์ที่วิวัฒนาการแล้วและซูเปอร์โนวา และกระจายตัวเข้าสู่สสารระหว่างดาวฤกษ์