Sự khác biệt giữa khí và bụi trong thiên văn học là gì?

Có sự khác biệt nghiêm ngặt giữa khí và bụi? Trong môi trường trần gian, hầu hết mọi thứ đều trở nên khí nếu được làm nóng đủ. Các nhiệt độ của môi trường giữa dường như dao động chủ yếu từ 10 đến 10 000 Kelvin. Là khí / bụi là một chất tương tự cho nóng / lạnh, hay sơ đồ pha của phần tử trong câu hỏi quá? Kim loại và phân tử có thể là khí trong thuật ngữ thiên văn?

Có, kim loại và các nguyên tố và phân tử khác có thể tồn tại ở dạng khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất phù hợp. "Khí" chỉ đơn giản là một trong những trạng thái cơ bản của vật chất, như ở dạng rắn , lỏng hoặc khí (và một vài trạng thái khác nằm ngoài phạm vi của câu hỏi này). Nhưng là một chất khí, các chất này tồn tại hoàn toàn dưới dạng các nguyên tử riêng lẻ , các phân tử nguyên tố riêng lẻ hoặc các phân tử hợp chất riêng lẻ của nhiều nguyên tử (ví dụ carbon dioxide).

Mặt khác, bụi bao gồm các hạt nhỏ li ti đã trải qua các liên kết liên phân tử mạnh hơn để tạo ra các chất như băng, silicat và các hợp chất carbon nổi xung quanh với mật độ khác nhau giữa các ngôi sao và giữa các thiên hà. Vì các hạt này vẫn cực kỳ nhỏ (thường là một phần nhỏ của micron), chúng có thể trông giống như một chất khí, nhưng những vật thể nhỏ, không đều này vẫn tồn tại riêng lẻ ở trạng thái rắn hoặc lỏng.

Trong thiên văn học, không có định nghĩa chính thức về ngưỡng giữa khí và bụi. Khí có thể là đơn chất, diatomic hoặc phân tử (hoặc được làm bằng photon , theo nguyên tắc). Các phân tử có thể rất lớn và về nguyên tắc, các hạt bụi chỉ là các phân tử rất lớn. Tôi đã thấy nhiều tác giả sử dụng các định nghĩa khác nhau, từ các nguyên tử đến .$\sim100$$\sim1000$

Điều này không có nghĩa là không có sự khác biệt rõ rệt giữa các phân tử và bụi. Chúng có các thuộc tính rất khác nhau, nhưng sự chuyển đổi giữa chúng không được xác định rõ ràng.

THÊM 13.6.2018: Tôi hiện đang tham dự một hội nghị về bụi vũ trụ và 200 nhà thiên văn học không thể trả lời câu hỏi về ngưỡng giữa các phân tử lớn và hạt bụi nhỏ. Tuy nhiên, một cách để xác định sự khác biệt là nhìn vào các vạch quang phổ liên quan: Phân tử phát ra / hấp thụ và các bước sóng cụ thể, trong khi bụi có thể phát ra / hấp thụ trên một vùng rộng hơn. Nhưng không có số lượng nguyên tử cụ thể - ví dụ, fullerene C ₅₄₀ là một phân tử carbon rất lớn, nhưng nếu bạn cải tổ lại các nguyên tử 540 C của nó thành carbon vô định hình, nó được coi là hạt bụi.

Khí, phân tử và bụi đều có thể nóng hoặc lạnh, nhưng nếu trời quá nóng, các hạt lớn hơn sẽ bị phá hủy trong các vụ va chạm. Vì vậy, trong khi một đám mây phân tử thường rất lạnh và bao gồm cả khí và bụi, bụi có xu hướng bị phá hủy (mặc dù không hoàn toàn) trong khu vực xung quanh ngôi sao nóng qua va chạm với các loại ngũ cốc khác, thổi do va chạm với các ion, thăng hoa hoặc bay hơi, hoặc thậm chí là vụ nổ do bức xạ cực tím (xem ví dụ Greenberg 1976 ).$\mathrm{H\,II}$

Để trả lời câu hỏi cuối cùng của bạn, tôi chưa nghe thấy thuật ngữ "khí" được sử dụng cho các hạt bụi, nhưng kim loại và các phân tử đều có thể được gọi là khí. Ví dụ, khí thường được sử dụng để phát hiện thiên hà xa xôi, và những đám mây phân tử chứa và khí. Trong môi trường liên sao, khoảng 2/3 kim loại đang ở pha khí, còn 1/3 là ở bụi.$^\dagger$$\mathrm{Mg\,II}$$\mathrm{H}_2$$\mathrm{CO}$

$^{^\dagger}$ ^{"Kim loại" theo nghĩa thiên văn, tức là tất cả các nguyên tố khác ngoài hydro và heli.}

Tôi có thể chỉ cần thêm vào câu trả lời tuyệt vời của Robert rằng các hạt bụi liên sao, rất giống khói thuốc lá trong không khí, treo trong khí liên sao và tương tác với nó cả về mặt động học (được kéo theo nó tùy thuộc vào kích thước hạt) và năng lượng (trao đổi nhiệt, có thể dẫn đến làm mát đáng kể khí). Các hạt bụi cũng tương tác với bức xạ (sao) và có thể bị bay hơi do bức xạ năng lượng cao, nhưng cũng có thể phát triển bằng cách ngưng tụ từ khí xung quanh.

Tất cả các vật thể thiên văn rắn lớn hơn (các hành tinh, tiểu hành tinh, v.v., nhưng không phải là tàn dư sao) đã hình thành từ bụi, từ đó hình thành từ các nguyên tố nặng hơn trong khí sao.

Đối với nhiều mục đích thiên văn, bụi rất khó chịu, vì nó chặn ánh sáng, đặc biệt là độ dài sóng ngắn hơn ( đỏ và làm tối ánh sáng của các ngôi sao), ẩn giấu các ngôi sao, đặc biệt là ở giữa mặt phẳng của Dải Ngân hà. Do đó, trung tâm Thiên hà, một nơi rất quan tâm về thiên văn học, phần lớn là vô hình và chỉ có thể được nghiên cứu bằng cách quan sát các độ dài sóng khác ngoài ánh sáng khả kiến, đặc biệt là tia hồng ngoại hầu như không bị ảnh hưởng bởi sự hấp thụ bụi.