Почему пыль оптически тонкая в дальнем инфракрасном диапазоне?

Термин «оптически тонкий» означает, что оптическая толщина мала. Оптическая толщина является мерой непрозрачности среды, в данном случае пыли, воспринимаемой светом, проходящим через эту среду, и определяется как

$$\tau \equiv n \, r \, \sigma,$$ куда $n$- плотность рассматриваемых частиц, $r$- расстояние, пройденное через среду, и $\sigma = \sigma(\lambda)$- поперечное сечение частиц, которое зависит от длины волны $\lambda$фотонов. Если $\tau\ll1$, среда называется оптически тонкой, а если $\tau\gg1$, говорят, что он оптически толстый. Доля света, которая гаснет при путешествии через среду, равна $e^{-\tau}$, так что два случая указывают, когда свет в основном передается и в основном гаснет, соответственно.

Космическая пыль состоит из частиц самых разных размеров. Фотоны, взаимодействующие с пылью, либо рассеиваются в другом направлении, либо поглощаются в зависимости от альбедо пыли. Но в обоих случаях фотон имеет большую вероятность взаимодействия с пылинкой, сравнимую с его длиной волны. Следовательно, из-за распределения по размерам ансамбль пылинок имеет характерную кривую экстинкции . На рисунке ниже (с изменениями из Laursen et al. 2009 ) я начертил (функциональное соответствие наблюдаемым) кривые поглощения пыли в Малом ( пунктирная линия) и Большом ( сплошная линия ) Магеллановых Облаках .$^\dagger$:

Поглощение здесь дано в терминах «сечение на атом водорода», но вы можете просто думать о нем как о среднем поперечном сечении пылинки. Цвета показывают ультрафиолетовую ( фиолетовую ) и инфракрасную ( красную ) области спектра. Вы можете видеть, что экстинкция, или поперечное сечение, является наибольшим для УФ-фотонов, и по мере того, как вы переходите к более длинным волнам, поперечное сечение резко уменьшается и очень мало в дальнем инфракрасном диапазоне ($\lambda \gtrsim 30 \, \mu\mathrm{m}$; точные определения зависят от области ваших интересов).

Это то, к чему относится ваше заявление. Но на самом деле это плохо сформулировано, потому что оптическая толщина также является функцией плотности и расстояния, поэтому, например, для расстояния$r = 1 \, \mathrm{cm}$сквозь пылевое облако оптическая толщина$\ll1$для всех фотонов.

---

$^\dagger$_{Кривые поглощения в других галактиках выглядят аналогично. В частности, поглощение вдоль большинства линий обзора Млечного Пути имеет одинаковую выпуклость вокруг$\lambda \simeq 2175$Å. Происхождение этой выпуклости до сих пор не совсем понятно, но может быть частично связано с графитами и/или ПАУ.}