辐射转矩对齐与破碎致尘埃偏振的物理模型及对尘埃内部结构的启示

尘埃偏振依赖于尘埃的物理学与力学性质以及局部环境的性质。为理解尘埃偏振如何随晶粒力学性质和局部环境变化，本文通过同时考虑辐射转矩（RATs）导致的晶粒对齐与自转破碎，对恒星光的波长依赖偏振以及由对齐晶粒产生的偏振尘埃辐射进行建模。我们探索了以抗拉强度表征的广泛局部辐射场与晶粒力学性质。我们发现，由于小晶粒对齐增强，最大偏振与峰值波长随辐射强度 $U$ 增大而移向更短波长。RATs 导致的晶粒自转破碎倾向于降低星光的 optical-near infrared（光学-近红外）偏振，但因大晶粒转化为小晶粒而提高紫外偏振。特别地，我们发现 $850~\mu \rm m$ 处的亚毫米（submm）偏振度（$P_{850}$）并不随辐射强度或晶粒温度（$T_{d}$）单调增加，而是依赖于晶粒材料的抗拉强度。我们关于尘埃偏振的物理模型可通过朝向恒星形成区或被近邻恒星辐照的分子云的观测进行检验，这些区域的辐射强度高于平均星际辐射场。最后，我们将 $P_{850}-T_{d}$ 关系的预测与 {\it Planck} 数据比较，发现当计入 RATs 导致的晶粒破碎时，观测到的 $P_{850}$ 随 $T_{d}$ 下降可得以解释，表明星际晶粒不太可能具有致密结构而可能为复合结构。$P_{850}$ 随 U（或 $T_{d}$）的变化可对宇宙尘埃的内部结构提供有价值的约束。