Какова физика вклада «вращающейся пыли» в измерения космического микроволнового фона?

В длинном документе « Наблюдения за девятилетним микроволновым зондом анизотропии Уилкинсона» (WMAP): окончательные карты и результаты «вращающаяся пыль» упоминается примерно 51 раз. Он является потенциальным источником измеряемого спектра, и детали его спектра излучения имеют более одной предложенной модели.

вопрос: есть ли простой способ понять физику спектра излучения вращающейся пыли и чем он будет отличаться от невращающейся пыли?

введите описание изображения здесь

Попробуйте Gold и др. 2011 , где они рассказывают о моделях вращающейся пыли и о том, как они пытаются создать маски, чтобы удалить это излучение из результатов WMAP. По сути, вращающаяся пыль производит синхотронное излучение, тогда как невращающаяся пыль (и вращающаяся пыль, если уж на то пошло) производит тепловое излучение. В конечном итоге вы спрашиваете о различных типах излучения, и в этом случае любой стандартный учебник по радиационной физике будет охватывать эти концепции.
Вы, кажется, упустили часть моей мысли, которая заключалась в том, что это тема не о физике вращающейся пыли, а о физике синхотронного излучения. Если вы понимаете, как и почему возникает синхотронное излучение, вы поймете, как и почему его производит вращающаяся пыль. Вы вряд ли найдете подробные статьи или учебники по этому очень конкретному применению общей концепции физики.

Ответы (1)

«Вращающаяся пыль» - это механизм, предложенный для объяснения конкретной особенности излучения реликтового излучения на переднем плане ; шишка вокруг ν ∼ 20 грамм ЧАС г .

Пылинки приобретают заряд за счет фотоэлектрической эмиссии и столкновений с электронами и ионами ( Draine & Lazarian 1998 ). Как отмечает Зефир, если пыль является плохим проводником, ее заряды, как правило, будут распределены неравномерно, в результате чего маленькие пылинки будут проявлять электрический дипольный момент. мю . Но молекулы, составляющие частицы, могут сами иметь дипольный момент, и даже у идеального проводника центр тяжести заряда, как правило, смещен относительно центра массы массы ( Purcell, 1975 ).

Столкновения и излучение могут вызвать вращение частиц, а в присутствии магнитных полей (которые очень распространены в межзвездной среде) это вращение, в свою очередь, заставляет частицы испускать излучение с мощностью п , согласно формуле Лармора, которая для вращающегося диполя может быть записана как:

п знак равно 2 3 мю ⊥ 2 ю 4 с 3 .
Здесь мю ⊥ является компонентом мю перпендикулярно оси вращения, ю - угловая частота вращения, а с это скорость света.

Испускаемое излучение соответствует частоте вращения, лежащей в (десятках) ГГц-диапазоне, что соответствует длинам волн в микроволновом диапазоне.

Напротив, излучение невращающейся пыли будет тепловым, т. е. лежит в инфракрасном диапазоне.

В статье, на которую вы ссылаетесь ( Bennett et al. 2013 ), показана разница на рис. 22 (хотя пики теплового излучения находятся за пределами диапазона наблюдения WMAP): Пик вращающейся пыли около ν ∼ 20 грамм ЧАС г , а пик теплового излучения около ν ∼ 2 000 грамм ЧАС г .

WMAP

Обратите внимание, что вращающаяся пыль также испускает тепловое излучение, и на самом деле тепловые флуктуации внутри пылинок вызывают довольно быстрое перемещение зарядов, изменяя мю ⊥ и ю ( Хоанг и др. 2015 ), что эффективно размывает спектральные линии.

Симметричная пылинка, возможно, будет поражена частицами/фотонами в среднем как с одной стороны, так и с другой. Механизм ускорения вращения асимметричного зерна предложен Purcell (1975) . Ниже приведен рис. 1 из его статьи. Частица, ударяющаяся в вогнутость, с большей вероятностью дважды взаимодействует с зернами. Если газ холоднее зерна, он нагреется и покинет зерно с большей скоростью, чем вошло, в результате чего зерно на рисунке начнет вращаться против часовой стрелки; если газ горячее (что бывает чаще), это заставит зерно вращаться по часовой стрелке.

турбина

@uhoh Потому что частицы пыли не являются проводящими и не могут легко достичь электростатического равновесия. Не говоря уже о том, что их постоянно бомбардируют фотоны и космические лучи, в результате чего они становятся (слегка) заряженными. То же самое относится и к большинству непроводящих объектов. Это особенно важно для этих частиц пыли, потому что они такие крошечные.
@ухо мю — электрический дипольный момент. А пылинки могут стать заряженными, как я уже сказал, потому что на них падают фотоны и космические лучи, которые выбивают электроны (например, фотоэлектрический эффект ). Опять же, как я уже сказал, пылинки не являются проводящими, поэтому электроны не могут легко перемещаться и достигать электростатического равновесия, что означает, что они поддерживают в основном постоянное разделение зарядов. В качестве аналогичного примера рассмотрите растирание воздушного шарика о волосы. Ваши волосы заряжаются и остаются заряженными некоторое время по тем же причинам.
@uhoh Тебе действительно не хватает моих очков. Я упомянул волосы в связи с тем, что они аналогично удерживают заряд некоторое время, а не в связи с тем, как они получают этот заряд. Кроме того, как я уже сказал, пыль постоянно подвергается бомбардировке, поэтому, даже если она может достичь равновесия в течение длительного времени, ее легко и быстро выбить обратно. И я думаю, вы полагаете, что монополии очень легко образовать. Если распределение электрического заряда не идеально сферически симметрично (которым оно всегда будет), у вас будет индуцированный диполь. У этих пылинок не может быть только монополя.
Я отредактировал свой ответ благодаря комментариям @zephyr, а также исправил ошибку — магнитные поля не вызывают вращение; это вызвано взаимодействием с другими частицами.
@pela Хорошо, это выглядит великолепно! Спасибо за дополнительные пояснения в редактировании.
@uhoh Спасибо за наводку, но я недостаточно знаю о лабораторных экспериментах, чтобы дать квалифицированный ответ.
Какова физика вклада «вращающейся пыли» в измерения космического микроволнового фона?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v