辐射转矩破坏所暗示的尘埃性质随宇宙时间的变化

已知星系内尘埃性质会因局部气体密度增大而从弥漫介质到致密云发生变化。然而，尘埃性质是否随红移变化仍不明了。本文利用恒星形成星系星际介质（ISM）平均辐射强度随红移增加这一事实，表明由于辐射转矩导致的旋转破坏效率提升，尘埃性质应当发生变化，该效应称为 RAdiative Torque Disruption（RATD，辐射转矩破坏）。我们首先表明，由于 RATD，星际尘埃的尺度分布随红移变化，例如在高 $z$ 处尘埃颗粒变得更小。我们对消光曲线建模，发现曲线随红移增大而变得更陡。总选消光比 $R_{V}$ 随红移减小，对于具有复合结构的颗粒达到 $R_{V}\sim 1.5-2.5$ 的低值。我们还发现尘埃性质因 RATD 随局部气体密度变化，但在弥漫 ISM 中该变化由辐射场主导。星际尘埃 RATD 所暗示的低 $R_{V}$ 值可重现朝向 Ia 型超新星（SNe Ia）观测到的异常尘埃消光，以及朝向高红移星系具有陡峭远紫外抬升的 Small Magellanic Cloud（SMC，小麦哲伦云）类消光曲线。由星际湍流和变化辐射强度引起的 $R_{V}$ 涨落可缓解利用 SNe Ia 测量哈勃常数中的张力。最后我们讨论了演化尘埃性质对高红移天体物理的启示。