Пыль в областях образования звезд и планет
DESCRIPTION
Пыль в областях образования звезд и планет. Н.В. Вощинников Астрономический институт им. В.В. Соболева, СПбГУ. План. 1. Введение 2. Из чего состоят пылинки? 3. Модель композитных пористых пылинок 4. Межзвездное поглощение 5. Силикатная полоса в спектрах молодых звезд - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Пыль в областях образования звезд и планет
Н.В. Вощинников
Астрономический институт им. В.В. Соболева, СПбГУ
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 2
План1. Введение2. Из чего состоят пылинки?3. Модель композитных пористых пылинок4. Межзвездное поглощение5. Силикатная полоса в спектрах молодых звезд6. Некоторые выводы и что дальше
Результаты:Voshchinnikov, Il’in, Henning, Astron. Astrophys., 429, 371, 2005;Voshchinnikov, Il’in, Henning,… Astron. Astrophys., 445, 167, 2006;Schegerer, Wolf, Voshchinnikov,… Astron. Astrophys., 2006 (astro-ph/0604059).
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 3
Пыль есть везде!
метеориты,
кометы,
…………..
межзвездные облака,
…………..
галактики,
квазары
(почти везде)presolar SiC grains from
Murchison meteorite
NGC3998 – AGN (z=0.0035)
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 4
Какие характеристики пылинок наиболее важны?
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 5
Какие характеристики пылинок наиболее важны?
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 6
Какая пыль существует?
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 7
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 8
Что наблюдают?
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 9
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 10
Reference abundances («от чего все танцуют»)
Межзвездные пылинки состоят из пяти самых «важных» элементов:
C, O – primaryMg, Si, Fe – major
-----------------------------------------------------------Na, Al, Ca, Ni – minor (less than 3 ppm)K, Ti, Cr, Mn, Co – traces (less than 0.3 ppm)
Единицы измерения: ppm – parts per million N(X)/N(H)*10^6
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 11
Содержание элементов в твердой фазе
(dust-phase abundances)
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 12
Стандартный подход:
Cosmic Sun
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 13
ОДНАКО:
1996, Snow & Witt:
C /H(Sun) – 363 ppm
C /H(stars) – 214 ppm
Из твердой фазы «забрали» около 150 ppm!
Результат: CARBON CRISIS
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 14
«Изменения» содержания углерода и кислорода в солнечной атмосфере со
временем
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 15
C O1948 195 537 Unzoeld1950 115 170 Chunarts (Minnart, Sun)1953 36.3 363 Menzel (Пулковский курс, т.III)1965 525 912 LB1965 (Куликовский, 1971)1973 331 661 Allen, AQ1981 316 631 LB1981 (Куликовский, 2002)1982 417 692 Cameron, Nuclear Astrophysics1989 363 851 Anders, Grevesse1993 398 741 Grevesse, Noels1996 214 457 Snow, Witt2001 391 545 Holweger2003 245 490 Lodders, ApJ 591, 12202004 245 457 Apslund et al., astro-ph/0410214
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 16
Текущее состояние
Sun zeta Oph (dust)
C 245 110
O 457 126
Mg 33.9 31.9
Si 34.2 32.6
Fe 28.2 28.2
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 17
Межпланетные пылинки(NASA collection)
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 18
Межзвездные (?) пылинки
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 19
Три подхода к моделированию
1. Две и более популяции компактных частиц
Метод расчета: теория Mie2. Перемешивание веществ
(показателей преломления) в одной частице: теория эффективной среды (effective medium theory, EMT)
Метод расчета: EMT-Mie3. Неоднородные
(композитные) частицы, состоящие из различных материалов в виде включений (или слоев)
Метод расчета: DDA (nMie)
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 20
EMT-Mie calculations
Bruggeman
mixing rule
– dielectric permittivity of material,f – volume fraction
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 21
DDA vs EMT-Mie
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 22
Многослойные шары
Идея:
John Mathis (Jena, Oct. 98, beer party)
Реализация:
Voshchinnikov, Mathis (ApJ, 1999)
Теория: nMie
Преимущества:
любую долю любого вещества можно поместить в любое место частицы + точные расчеты
Недостаток:
концентрические шары
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 23
DDA vs layered spheres
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 24
How large? P=0.9, r(porous)/r(compact)=2.154
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 25
Interstellar extinction:normalized cross sections
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 26
Межзвездное поглощение:
zeta Oph (HD 149757)
Av = 0.94 mag.
obs model
C 110 195 ppm
O 126 128
Mg 32 25
Si 33 30
Fe 28 34
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 27
sigma Sco (HD 147165)
Av = 1.13 mag.
obs model
C 176 121 ppm
O 85 66
Mg 30.9 15.5
Si 32.4 7.5
Fe 27.9 26.4
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 28
Near-IR extinction (observations)
Spitzer & 2MASS: Indebetow et al. (ApJ 619, 931, 2005)
1.2-8 m;
photometry;
Galactic plane:
l=42 deg. & l=284 deg.
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 29
Near-IR extinction (observations)Spitzer & 2MASS:
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 30
Near-IR extinction (theory)
(Zeta Oph:)
Component (I)
Be1 – 5%,
pyroxene – 5%,
vacuum - 90%Ak/D=0.15+/-0.10 mag./kpc
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 31
10m feature
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 32
10m полоса: обнаружение
Low (1965)-photometer
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 33
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 34
10мкм полоса: растяжение связи
Si - O
Olivines
(оливково-зеленый цвет) Mg2xFe2-2xSiO4, 0<=x<=1
X=1: Mg2SiO4 - forsterite (A.J. Forster – английский коллекционер минералов и торговец)
X=0: Fe2SiO4- fayalite (место находки о. Фаял, Азорские о-ва)
Pyroxenes
(от греч. «огонь» + «чужеземец») MgxFe1-1xSiO3, 0<=x<=1
X=1: MgSiO3 - enstatite (от греч.
«противник», трудно плавится)
X=0: FeSiO3- ferrosilite (по составу)
Это – твердые растворы внедрения
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 35
10m feature: observations
TIMMI2:
Thermal Infrared Multi Mode Instrument 2
ESO: 3.6m telescope
(low resolution grism mode: R=160)
LWS:
Long Wavelength Spectrometer
Keck: 10m telescope
(Resolution: R=100-1400)
IRS:
Infrared Spectrograph
Spitzer Space Telescope: 0.85m
Resolution: 100-600
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 36
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 37
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 38
10m feature: TIMMI2
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 39
10m feature: что влияет на форму?
1. Минералогия (различные материалы)
2. Эффекты изменения размера, формы, структуры,… (теория рассеяния света)
3. Свойства объекта (эффекты температуры, самопоглощение, …)
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 40
Systematic calculations
mass absorption coefficient
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 41
porosity
mass
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 42
porosity
mass
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 43
IR bandsT Tauri stars (Przygodda et al. A&A 412, L43, 2003)
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 44
IR bands: interpretation
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 45
IR bands
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 46
IR bands: interpretation
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 47
IR bands: more observationsT Tau + Herbig Ae/Be
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 48
IR bands: interpretation
wider
sharper
weaker stronger
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 49
IR bands: interpretation
wider
sharper
weaker stronger
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 50
Давление излучения:
T(star) = 2500 K
R(star) = 300 R(Sun)
M(star) = 2 M(Sun)
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 51
Температура:
T(star) = 2500 K
R = 10000 R(star)
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 52
Непрозрачность (opacity)
Md(compact)/Md (EMT-Mie)~1.5
Md(compact)/Md (layered spheres)~4.1
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 53
Выводы и что дальше
1. Можно использовать «приближенные» теории для рассмотрения рассеяния света композитными пористыми частицами.
2. Композитные пористые частицы позволяют интерпретировать различные наблюдения, в частности, с учетом пониженного содержания элементов.
--------------------- Далее: ---------------------------------3. Рассмотрение рассеянного излучения.4. Несферические частицы.5. Поляризация…
28.06.2006, 16-40 125 лет АО, СПбУ 54
ВСЁ!