蓬松尘埃聚集体的不透明度

背景：在原行星盘中，尘埃颗粒会凝聚形成尘埃聚集体。它们在盘中的孔隙率可能极高。尽管盘辐射可能来自蓬松的尘埃聚集体，但以往的辐射模型通常采用致密颗粒。目的：我们旨在揭示填充因子从 1 到 $10^{-4}$ 范围内，蓬松聚集体从红外到毫米波长的质量不透明度。方法：我们使用有效介质理论进行 Mie 计算。假设单体为 $0.1~{\rm \mu m}$ 大小的颗粒，远小于我们关注的波长。结果：我们发现，除干涉结构外，蓬松聚集体的吸收质量不透明度由乘积 $a\times f$ 表征，其中 $a$ 为尘埃半径，$f$ 为填充因子。散射质量不透明度在短波长处也由 $af$ 表征，而在长波长处，更蓬松的聚集体具有更高的不透明度。我们还推导了质量不透明度的解析公式，并发现其能重现 Mie 计算结果。利用简单的尘埃增长和漂移模型，我们计算了原行星盘中致密颗粒与蓬松聚集体预期的辐射差异。我们发现，可以通过不透明度指数 $\beta$ 的径向分布来区分致密颗粒和蓬松聚集体。此前关于 $\beta$ 径向分布的观测结果与蓬松情形一致，但需要更多观测以区分蓬松或致密情况。此外，我们发现散射光是区分致密颗粒与蓬松聚集体的另一种方法。