回転する塵

天文学において、回転ダスト放射は、天の川銀河からの異常なマイクロ波放射を説明するために提案されたメカニズムです。放射は、1998年にブルース・T・ドレインとアレックス・ラザリアンによって示唆されたように、非常に高速に回転する（10〜60GHz）極めて小さい（ナノメートル）ダスト粒子の電気双極子から発生する可能性があり、最も可能性が高いのは多環芳香族炭化水素です。異常放射は、銀河から汚染を特定して除去する必要があるマイクロ波空の非常に高感度測定を行う宇宙マイクロ波背景放射の観測の副産物として最初に発見されました。最小のダスト粒子は数百個の原子で構成されていると考えられています。^[1]

異常なマイクロ波放射は、マイクロ波の空の変動と遠赤外線 (FIR) 放射との驚くべき統計的相関として初めて観測されました (Kogut ら 1996、Leitch ら 1997)。この信号は温かい銀河の塵の放射をトレースしたもので、マイクロ波周波数に外挿された赤外線塵信号は、観測されたものよりも少なくとも 1 桁低いはずであったため、予想外のことでした。Kogut らは、センチメートル波長でのCOBE微分マイクロ波放射計の観測を140 μm でのDIRBE塵放射と相関させ、一方 Leitch らは、14.5 GHz と 32 GHz でのオーエンズバレー電波天文台のリング観測をIRAS 100 μm と相関させていました。当時の示唆では、相関はこれらの塵の多い領域で形成された若い高温の星によって引き起こされる電離ガスからの自由自由放射または制動放射によるものだと考えられていました。

小さな塵粒子は、粒子内の分子の固有の双極子モーメントと不均一な電荷分布により、永久的な電気双極子モーメント μを持つ可能性があります。周囲のガスおよび放射線場との相互作用により、粒子は回転します。粒子の (ベクトル) 角速度をωで表し、粒子が球形であると仮定すると (つまり、粒子は揺れません)、ラーモアの式は、回転する双極子によって放射される電力を示します。

${\displaystyle P(\omega )={\frac {2}{3}}{\frac {{\ddot {\boldsymbol {\mu }}}^{2}}{c^{3}}}={ \frac {2}{3}}{\frac {\omega ^{4}\mu _{\bot }^{2}}{c^{3}}},}$

ここで、μ _{⊥ は}μのωに垂直な成分です。この電力は回転周波数 ν = ω/(2 π) で放射されます。この放射プロセスによる放射率を計算するには、回転速度 ω の確率分布関数 f(ω)とダスト粒子の数密度が必要です。両方の関数は粒子サイズに依存し、双極子モーメント μ も同様です。分布関数f(ω) は、周囲のガス温度、密度、電離率、および局所放射場に依存します。改良されたモデル (Hoang et al. 2010) は、非球形ダスト粒子の揺れを考慮しており、その場合、角速度は与えられた角運動量に対して一定ではなく、電力は複数の周波数で放射されます。

• Kogut, A .; Banday, AJ; Bennett, CL; et al. (1996). 「4 年間の DMR スカイマップにおける高銀河緯度でのマイクロ波放射」。Astrophysical Journal Letters。464 : L5 –L9。arXiv : astro-ph/9601060。Bibcode : 1996ApJ ...464L...5K。doi :10.1086/310072。S2CID 119522441  。
• Leitch, EM; Readhead, ACS; Pearson, TJ & Myers, S. (1997). 「銀河放射の異常な成分」. Astrophysical Journal Letters . 486 (1): L23–L26. arXiv : astro-ph/9705241 . Bibcode :1997ApJ...486L..23L. doi :10.1086/310823. S2CID  31257976.
• Draine, BT; Lazarian, A. (1998). 「回転するダスト粒子からの電気双極子放射」.アストロフィジカルジャーナル. 508 (1): 157–179. arXiv : astro-ph/9802239 . Bibcode :1998ApJ...508..157D. doi :10.1086/306387. S2CID  17908072.
• Draine, BT; Lazarian, A. (1998). 「回転するダスト粒子からの拡散銀河放射」.アストロフィジカルジャーナルレター. 494 (1): L19–L22. arXiv : astro-ph/9710152 . Bibcode :1998ApJ...494L..19D. doi :10.1086/311167. S2CID  12545858.
• Hoang, Thiem; Draine, BT; Lazarian, A. (2010). 「回転する塵からのマイクロ波放射モデルの改良: 粒子の揺れと過渡的スピンアップの影響」. Astrophysical Journal . 715 (2): 1462. arXiv : 1003.2638 . Bibcode :2010ApJ...715.1462H. doi :10.1088/0004-637X/715/2/1462. S2CID  118528181.
• Ali-Haïmoud, Y. ( 2013). 「回転するダストの放射：理論のレビュー」。天文学の進歩。2013：462697。arXiv：1211.2748。Bibcode ：2013AdAst2013E ...2A。doi ：10.1155/2013/462697。