Qual è la differenza tra gas e polvere in astronomia?

C'è una stretta differenza tra gas e polvere? Nell'ambiente terrestre la maggior parte delle cose diventa gassosa se riscaldata a sufficienza. La temperatura del mezzo interstellare sembra variare per lo più tra 10 e 10.000 kelvin. Gas / polvere è un analogo per caldo / freddo o anche il diagramma di fase dell'elemento in questione è importante? I metalli e le molecole possono essere gas in termini astronomici?

— LocalFluff
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Risposte:

Sì, metalli e altri elementi e molecole possono esistere in forma gassosa nelle giuste condizioni di temperatura e pressione. Un "gas" è semplicemente uno degli stati fondamentali della materia, come nel solido , liquido o gas (e alcuni altri stati al di fuori del campo di applicazione di questa domanda). Ma come gas, queste sostanze esistono interamente come singoli atomi, singole molecole elementali o singole molecole composte di atomi multipli (ad esempio anidride carbonica).

La polvere, d'altra parte, è composta da minuscole particelle che hanno subito i più forti legami intermolecolari per creare sostanze come ghiaccio, silicati e composti del carbonio che fluttuano intorno a varie densità tra le stelle e tra le galassie. Poiché queste particelle sono ancora estremamente piccole (in genere una frazione di un micron di diametro), possono sembrare un gas, ma questi piccoli oggetti di forma irregolare esistono ancora individualmente in uno stato solido o liquido.

— Robert Cartaino
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Ovviamente in cosmologia tutta la materia viene semplicemente definita "polvere" e si presume che non si muova affatto. Quindi si deve guardare alla sottosezione dell'astronomia che sta affrontando.

— AtmospherPrisonEscape

@AtmospherPrisonEscape: Non è del tutto giusto. La cosmologia prende semplicemente in prestito questo dalla relatività generale, in cui "polvere" significa "fluido perfetto senza presunzione", e quindi praticamente qualsiasi distribuzione di energia da stress che possa essere adeguatamente modellata come tale. In particolare, l'era in cui l'universo su larga scala poteva essere trattato come tale iniziò circa

anni dopo il Big Bang e finì circa

50 k

$50\,\mathrm{k}$

anni fa.

4 G

$4\,\mathrm{G}$

— Stan Liou,

@RobertCartaino "La polvere, invece, è composta da minuscole particelle che hanno subito i più forti legami intermolecolari per creare sostanze come il ghiaccio" ... Questi nuovi legami non sarebbero più deboli, essendo stabili solo a temperature più basse?

— BMS

In astronomia, non esiste una definizione formale della soglia tra gas e polvere. Il gas può essere monoatomico, diatomico o molecolare (o fatto di fotoni , in linea di principio). Le molecole possono essere molto grandi e, in linea di principio, le particelle di polvere sono solo molecole molto grandi. Ho visto vari autori usare varie definizioni, che vanno da a atomi. $\sim100$ $\sim1000$

Questo non vuol dire che non ci sia una netta differenza tra molecole e polvere. Hanno proprietà molto diverse, ma la transizione tra loro non è perfettamente definita.

AGGIUNTO 13.6.2018: Attualmente sto partecipando a una conferenza sulla polvere cosmica e 200 astronomi non sono stati in grado di rispondere alla domanda sulla soglia tra grandi molecole e piccoli granelli di polvere. Un modo per definire una distinzione, tuttavia, è quello di guardare le linee spettrali associate: le molecole emettono / assorbono e lunghezze d'onda specifiche, mentre la polvere può emettere / assorbire su una regione più ampia. Ma non esiste un numero specifico di atomi - ad esempio, il fullerene C ₅₄₀ è una molecola di carbonio molto grande, ma se rimescoli i suoi atomi 540 C in carbonio amorfo, viene considerato un granello di polvere.

$\mathrm{H\,II}$

$^\dagger$ $\mathrm{Mg\,II}$ $\mathrm{H}_2$ $\mathrm{CO}$

$^{^\dagger}$

— Pela
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Ora hai offuscato il mio tentativo amatoriale di capirlo. Polvere monatomica? Quando gli astronomi menzionano casualmente "polvere" e "gas", si stanno forse riferendo solo a determinate lunghezze d'onda nei loro spettrogrammi? O stanno solo agitando le mani lassù per provare a sentire com'è. Mi hai tirato le gambe un paio di volte prima qui, @pela, non mi rimangono molte altre gambe. Questa è astronomia, puoi ovviamente dirmi qualsiasi cosa.

— LocalFluff,

@LocalFluff:: D No no, il gas può essere monoatomico, diatomico, ecc. Per chiamarlo "polvere", hai bisogno di molti atomi, cioè in linea di principio molecole. Se questa molecola è al di sotto di una soglia mal definita, la chiamiamo semplicemente molecole. Se è troppo grande, lo chiamiamo polvere. Una differenza tra molecole e polvere sono le sue proprietà di dispersione. Mentre le molecole tendono a disperdere la luce in base a determinati livelli di energia, se diventa una dispersione troppo grande dipende maggiormente dalla dimensione caratteristica del conglomerato. Ma non esiste ancora una soglia netta.

— pela,

Leggi di nuovo la seconda frase. Penso che abbia senso, ma in caso contrario, fammi sapere e lo modificherò :)

— pela,

Le proprietà di scattering hanno senso. Ho sentito che esiste una zona grigia di "grandi molecole libere" con linee di assorbimento che sono difficili da districare. Nella scuola elementare e nella chimica di tutti i giorni il gas e la polvere sono piuttosto distinti, credo. Ma forse non è così nello spazio?

— LocalFluff,

Non so molto sulle molecole, ma forse ti riferisci ai PAH . Non direi che gas e polvere non sono abbastanza distinti. Hanno proprietà molto diverse in molti aspetti. È solo che non esiste un confine rigido tra loro, quindi a breve distanza non sono distinti. Ma su scala logaritmica, a chi importa? :)

— pela,

Posso solo aggiungere all'eccellente risposta di Robert che le particelle di polvere interstellare, molto simile al fumo di sigaretta nell'aria, si blocca nel gas interstellare e interagisce con esso sia cinematicamente (viene trascinato con esso a seconda della dimensione delle particelle) che energicamente (si scambia calore, che può provocare un significativo raffreddamento del gas). Le particelle di polvere interagiscono anche con la radiazione (stellare) e possono essere evaporate a causa della radiazione ad alta energia, ma possono anche crescere condensando dal gas circostante.

Tutti gli oggetti astronomici solidi più grandi (pianeti, asteroidi ecc., Ma non resti stellari) si sono formati dalla polvere, che a sua volta si è formata dagli elementi più pesanti nel gas interstellare.

Per vari scopi astronomici, polvere è fastidioso, in quanto blocca la luce, in particolare le lunghezze d'onda più corte ( arrossamento e Darking la luce di stelle), nascondendo stelle, in particolare nel piano di mezzeria della via lattea. Di conseguenza, il centro galattico, un luogo di grande interesse astronomico, è in gran parte invisibile e può essere studiato solo osservando lunghezze d'onda diverse dalla luce visibile, in particolare l'infrarosso che è difficilmente influenzato dall'assorbimento di polvere.

— Walter
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