Пыль в областях образования звезд и планет Н.В. Вощинников Астрономический институт им. В.В. Соболева, СПбГУ

, лет АО, СПбУ2 План 1. Введение 2. Из чего состоят пылинки? 3. Модель композитных пористых пылинок 4. Межзвездное поглощение 5. Силикатная полоса в спектрах молодых звезд 6. 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/ ).

, лет АО, СПбУ3 Пыль есть везде! метеориты, кометы, ………….. межзвездные облака, ………….. галактики, квазары presolar SiC grains from Murchison meteorite NGC3998 – AGN (z=0.0035)

, лет АО, СПбУ4 Какие характеристики пылинок наиболее важны?

, лет АО, СПбУ5 Какие характеристики пылинок наиболее важны?

, лет АО, СПбУ6 Какая пыль существует?

, лет АО, СПбУ7

, лет АО, СПбУ8 Что наблюдают?

, лет АО, СПбУ9

, лет АО, СПбУ10 Reference abundances («от чего все танцуют») Межзвездные пылинки состоят из пяти самых «важных» элементов: C, O – primary Mg, 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

, лет АО, СПбУ11 Содержание элементов в твердой фазе (dust-phase abundances)

, лет АО, СПбУ12 Стандартный подход: Cosmic Sun

, лет АО, СПбУ13 ОДНАКО: 1996, Snow & Witt: C /H(Sun) – 363 ppm C /H(stars) – 214 ppm Из твердой фазы «забрали» около 150 ppm! Результат: CARBON CRISIS

, лет АО, СПбУ14 «Изменения» содержания углерода и кислорода в солнечной атмосфере со временем

, лет АО, СПбУ15 C O Unzoeld Chunarts (Minnart, Sun) Menzel (Пулковский курс, т.III) LB1965 (Куликовский, 1971) Allen, AQ LB1981 (Куликовский, 2002) Cameron, Nuclear Astrophysics Anders, Grevesse Grevesse, Noels Snow, Witt Holweger Lodders, ApJ 591, Apslund et al., astro-ph/

, лет АО, СПбУ16 Текущее состояние Sun zeta Oph (dust) C O Mg Si Fe

, лет АО, СПбУ17 Межпланетные пылинки (NASA collection)

, лет АО, СПбУ18 Межзвездные (?) пылинки

, лет АО, СПбУ19 Три подхода к моделированию 1.Две и более популяции компактных частиц Метод расчета: теория Mie 2. Перемешивание веществ (показателей преломления) в одной частице: теория эффективной среды (effective medium theory, EMT) Метод расчета: EMT-Mie 3. Неоднородные (композитные) частицы, состоящие из различных материалов в виде включений (или слоев) Метод расчета: DDA (nMie)

, лет АО, СПбУ20 EMT-Mie calculations Bruggeman mixing rule  – dielectric permittivity of material, f – volume fraction

, лет АО, СПбУ21 DDA vs EMT-Mie

, лет АО, СПбУ22 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

, лет АО, СПбУ23 DDA vs layered spheres

, лет АО, СПбУ24 How large? P=0.9, r(porous)/r(compact)=2.154

, лет АО, СПбУ25 Interstellar extinction: normalized cross sections

, лет АО, СПбУ26 Межзвездное поглощение: zeta Oph (HD ) Av = 0.94 mag. obs model C ppm O Mg Si Fe 28 34

, лет АО, СПбУ27 sigma Sco (HD ) A v = 1.13 mag. obs model C ppm O Mg Si Fe

, лет АО, СПбУ28 Near-IR extinction (observations) Spitzer & 2MASS: Indebetow et al. (ApJ 619, 931, 2005)  m; photometry; Galactic plane: l =42 deg. & l =284 deg.

, лет АО, СПбУ29 Near-IR extinction (observations) Spitzer & 2MASS:

, лет АО, СПбУ30 Near-IR extinction (theory) (Zeta Oph:) Component (I) Be1 – 5%, pyroxene – 5%, vacuum - 90% A k /D=0.15+/-0.10 mag./kpc

, лет АО, СПбУ31 10  m feature

, лет АО, СПбУ32 10  m полоса : обнаружение Low (1965)-photometer

, лет АО, СПбУ33

, лет АО, СПбУ34 10мкм полоса: растяжение связи Si - O Olivines (оливково-зеленый цвет) Mg 2x Fe 2-2x SiO 4, 0<=x<=1 X=1: Mg 2 SiO 4 - forsterite (A.J. Forster – английский коллекционер минералов и торговец) X=0: Fe 2 SiO 4 - fayalite (место находки о. Фаял, Азорские о-ва) Pyroxenes (от греч. «огонь» + «чужеземец») Mg x Fe 1-1x SiO 3, 0<=x<=1 X=1: MgSiO 3 - enstatite (от греч. «противник», трудно плавится) X=0: FeSiO 3 - ferrosilite (по составу) Это – твердые растворы внедрения

, лет АО, СПбУ35 10  m feature : observations TIMMI2: Thermal Infrared Multi Mode Instrument 2 ESO: 3.6 m telescope (low resolution grism mode: R=160) LWS: Long Wavelength Spectrometer Keck: 10 m telescope (Resolution: R= ) IRS: Infrared Spectrograph Spitzer Space Telescope: 0.85m Resolution:

, лет АО, СПбУ36

, лет АО, СПбУ37

, лет АО, СПбУ38 10  m feature : TIMMI2

, лет АО, СПбУ39 10  m feature : что влияет на форму? 1.Минералогия (различные материалы) 2.Эффекты изменения размера, формы, структуры,… (теория рассеяния света) 3.Свойства объекта (эффекты температуры, самопоглощение, …)

, лет АО, СПбУ40 Systematic calculations mass absorption coefficient

, лет АО, СПбУ41 porosity mass

, лет АО, СПбУ42 porosity mass

, лет АО, СПбУ43 IR bands T Tauri stars (Przygodda et al. A&A 412, L43, 2003)

, лет АО, СПбУ44 IR bands: interpretation

, лет АО, СПбУ45 IR bands

, лет АО, СПбУ46 IR bands: interpretation

, лет АО, СПбУ47 IR bands: more observations T Tau + Herbig Ae/Be

, лет АО, СПбУ48 IR bands: interpretation

, лет АО, СПбУ49 IR bands: interpretation

, лет АО, СПбУ50 Давление излучения: T(star) = 2500 K R(star) = 300 R(Sun) M(star) = 2 M(Sun)

, лет АО, СПбУ51 Температура: T(star) = 2500 K R = R(star)

, лет АО, СПбУ52 Непрозрачность (opacity)

, лет АО, СПбУ53 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: Рассмотрение рассеянного излучения. 4. Несферические частицы. 5. Поляризация…

, лет АО, СПбУ54 ВСЁ!

, лет АО, СПбУ55 Near-IR extinction (observations) ISO: Lutz et al. (1996, 1999) 3-8  m; H recombination lines; Galactic center

, лет АО, СПбУ56 One conclusion Observations are strongly ahead of theory! Все-таки наблюдения сильно опережают теорию!

, лет АО, СПбУ57

, лет АО, СПбУ58 IR bands: interpretation

, лет АО, СПбУ59 IR bands

, лет АО, СПбУ60 EMT mixing rules Conditions of applicability: 1) inclusions are small (Rayleigh); 2) inclusions do not interact; 3) volume fraction of inclusions is small (less than 10 – 20%; verification from laboratory and numerical experiments). EMT is used: Greenberg, Hage – P= (comets) Li, Greenberg – P=0.95 (  Pictoris) ……………………………………….

, лет АО, СПбУ61 Сечение поглощения: различная пористость

, лет АО, СПбУ62

, лет АО, СПбУ63 Зачем изучают пыль?