利用消光曲线探究尘埃颗粒的性质

本文重新审视了从紫外到近红外的现代消光曲线数据，以研究银河系（MW）和小麦哲伦云（SMC）中尘埃颗粒的性质。我们确认，具有简单幂律尺寸分布但在某个最大尺寸处截断的石墨-硅酸盐混合颗粒能够产生观测到的消光曲线：对于 MW 和 SMC，参数被严格约束为尺寸分布 $a^{-q}$ 的 $q = 3.5 \pm 0.2$，最大半径 $a_{max} = 0.24 \pm 0.05$ $\mu$m。颗粒的丰度，进而元素丰度，由红化与氢柱密度的比值 E(B-V)/N_H 约束。如果我们将太阳元素丰度作为 MW 的标准，则 >56% 的碳应存在于石墨尘埃中，而使用 SMC 的可用丰度估计值时该比例 <40%。这种差异以及 C 对 Si 的相对丰度解释了两条曲线的差异。我们发现 50-60% 的碳不一定存在于石墨中，而可能存在于非晶或玻璃相中。铁也可能存在于金属相或高达约 80% 存在于磁铁矿中，而非硅酸盐中，因此天文橄榄石中的 Mg/Fe 比是任意的。经过这些替换，颗粒尺寸的参数保持不变。在某些丰度约束下，MW 的尘埃颗粒相对于氢的质量密度为 $\rho_{dust}/\rho_H = 1/(120 {+10 \atop -16})$，SMC 为 $1/(760 {+70 \atop -90})$。我们强调了近红外消光曲线的波长依赖斜率在构建尘埃模型中的重要性：若 $A_{\lambda} \propto \lambda^{-\gamma}$ 且 $\gamma \sim 1.6$，则幂律颗粒尺寸模型失效；而若 $\gamma \sim 1.8-2.0$，则该模型适用。