Межзвездная пыль состоит из частиц, размер которых варьируется от нескольких ангстрем до примерно 0,1 микрометра. Эти частицы являются преимущественно твердыми конденсатами тяжелых элементов — углерода, кремния, кислорода, железа и других, образующихся в недрах звезд и выбрасываемых в межзвездную среду в ходе поздних стадий эволюции звезд (например, в звёздных ветрах, вспышках новых и сверхновых звёзд).
По химическому составу пыль делится на два основных типа:
Пыль может содержать ледяные мантии, образующиеся при адсорбции молекул воды, углекислого газа, аммиака и других летучих веществ на поверхности зерен в холодных, плотных участках межзвездной среды.
Распределение размеров пылевых частиц определяется функцией MRN
(Mathis–Rumpl–Nordsieck), согласно которой количество частиц обратно
пропорционально их размеру: dN/da ∝ a⁻³.⁵, где
a — радиус пылевого зерна.
Типичные размеры частиц — от 0.005 до 0.25 мкм. Мелкие зерна эффективно рассеивают коротковолновое излучение, тогда как крупные — поглощают в широком диапазоне волн. Кроме того, наличие фрактальной или игольчатой формы зерен (а не только сферической) существенно влияет на эффективность рассеяния и поляризацию проходящего излучения.
Поглощение и рассеяние света Пыль ответственна за
межзвездное поглощение — затухание света при прохождении через
межзвездную среду. Этот эффект особенно силён в ультрафиолетовом и
видимом диапазоне и приводит к потемнению и покраснению спектра звёзд,
лежащих за пылевыми облаками. Эффективность экстинкции описывается
законом: A(λ) ∝ λ⁻¹.⁷, где A(λ) — степень
ослабления на длине волны λ.
Поляризация Пыль, обладая вытянутой формой и ориентируясь в магнитном поле, вызывает поляризацию света. Это наблюдается как линейная поляризация звёздного света, проходящего сквозь пылевую среду. Поляризация даёт информацию о геометрии магнитных полей в межзвездной среде.
Тепловое излучение пыли Поглощая излучение звёзд, пылевые зерна нагреваются и переизлучают энергию в инфракрасном диапазоне. Температура пыли в типичных условиях — от 10 до 100 K. Инфракрасное излучение пыли позволяет картировать холодные области, невидимые в оптическом диапазоне.
Образование пыли Основные источники пылевых частиц — это:
Конденсация начинается при понижении температуры ниже критической для образования конкретного соединения. В этой среде происходит рост зерен за счёт аккреции молекул и коагуляции.
Разрушение пыли Пыль разрушается под действием:
Среднее время жизни пыли в галактике — порядка 108 лет. Для поддержания наблюдаемой массы пыли в Галактике необходим постоянный приток новых частиц.
Пыль играет ключевую роль в формировании звёзд. В плотных молекулярных облаках пыль:
Без пыли формирование холодных и плотных участков, необходимых для коллапса и рождения звёзд, было бы невозможно.
Пыль участвует в галактическом цикле вещества, аккумулируя тяжелые элементы и возвращаясь в межзвездную среду при разрушении. Отношение газ/пыль служит важным параметром при моделировании химической эволюции галактик. Наблюдения показывают, что это отношение снижается в более металлических и эволюционно зрелых галактиках.
Пыль влияет на спектральные характеристики галактик и формирует энерговыделение на различных длинах волн. Без учета пыли невозможно построение корректных моделей энергетического баланса и эволюции галактических систем.
На спектрах в инфракрасной и ультрафиолетовой областях наблюдаются характерные полосы, свидетельствующие о составе пыли:
Анализ этих спектральных признаков позволяет реконструировать минералогический и морфологический состав пыли, её эволюцию, происхождение и взаимодействие с окружающей средой.
Пыль искажает наблюдения как в нашей Галактике, так и в других. Коррекция на межзвездное поглощение необходима при:
Кроме того, галактики с активным звездообразованием содержат большое количество пыли, скрывающее ультрафиолетовое излучение и переносящее энергию в инфракрасный диапазон. Такие системы, как ультраяркие инфракрасные галактики (ULIRGs), видны именно благодаря излучению пыли.
Межзвездная пыль — не просто второстепенный компонент межзвездной среды. Это активный участник физических, химических и динамических процессов, от охлаждения газа до регулирования звездообразования и формирования спектрального облика галактик. Учет пылевых процессов необходим для построения полной картины эволюции вещества во Вселенной.