¿Cuál es la diferencia entre gas y polvo en astronomía?

Sí, los metales y otros elementos y moléculas pueden existir en forma gaseosa en las condiciones adecuadas de temperatura y presión. Un "gas" es simplemente uno de los estados fundamentales de la materia, como sólido , líquido o gas (y algunos otros estados fuera del alcance de esta pregunta). Pero como gas, estas sustancias existen completamente como átomos individuales, moléculas elementales individuales o moléculas compuestas individuales de múltiples átomos (por ejemplo, dióxido de carbono).

El polvo, por otro lado, se compone de diminutas partículas que han sufrido enlaces intermoleculares más fuertes para crear sustancias como hielo, silicatos y compuestos de carbono que flotan en densidades variables entre las estrellas y entre las galaxias. Dado que estas partículas aún son extremadamente pequeñas (típicamente una fracción de una micra de ancho), pueden parecer un gas, pero estos pequeños objetos de forma irregular todavía existen individualmente en estado sólido o líquido.

En astronomía, no existe una definición formal del umbral entre gas y polvo. El gas puede ser monoatómico, diatómico o molecular (o hecho de fotones , en principio). Las moléculas pueden ser muy grandes y, en principio, las partículas de polvo son solo moléculas muy grandes. He visto a varios autores usar varias definiciones, que van desde$\sim100$a$\sim1000$átomos

Esto no quiere decir que no haya una diferencia clara entre las moléculas y el polvo. Tienen propiedades muy diferentes, pero la transición entre ellas no está perfectamente bien definida.

AGREGADO EL 13.6.2018: Actualmente estoy asistiendo a una conferencia sobre polvo cósmico, y 200 astrónomos no pudieron responder la pregunta sobre el umbral entre las moléculas grandes y los granos de polvo pequeños. Sin embargo, una forma de definir una distinción es observar las líneas espectrales asociadas: las moléculas emiten/absorben y longitudes de onda específicas, mientras que el polvo puede emitir/absorber en una región más amplia. Pero no hay un número específico de átomos; por ejemplo, el fullereno C ₅₄₀ es una molécula de carbono muy grande, pero si reorganizas sus átomos de 540 C en carbono amorfo, se considera un grano de polvo.

El gas, las moléculas y el polvo pueden estar calientes o fríos, pero si se calienta demasiado, las partículas más grandes se destruyen en las colisiones. Entonces, mientras que una nube molecular típicamente es muy fría y consiste tanto en gas como en polvo, el polvo tiende a destruirse (aunque no completamente) en el$\mathrm{H\,II}$regiones alrededor de estrellas calientes a través de colisiones con otros granos, chisporroteo debido a colisiones con iones, sublimación o evaporación, o incluso explosiones debido a la radiación ultravioleta (ver, por ejemplo, Greenberg 1976 ).

Para responder a su pregunta final, no he escuchado el término "gas" usado para partículas de polvo, pero los metales$^\dagger$y las moléculas pueden denominarse gas. Por ejemplo,$\mathrm{Mg\,II}$el gas se usa rutinariamente para detectar galaxias distantes, y las nubes moleculares contienen$\mathrm{H}_2$y$\mathrm{CO}$gas. En el medio interestelar, aproximadamente 2/3 de los metales están en fase gaseosa, mientras que 1/3 está en forma de polvo.

$^{^\dagger}$^{"Metales" en el sentido astronómico, es decir, todos los demás elementos además del hidrógeno y el helio.}

Puedo agregar a la excelente respuesta de Robert que las partículas de polvo interestelar, muy parecidas al humo del cigarrillo en el aire, cuelgan en el gas interestelar e interactúan con él tanto cinemáticamente (se arrastran según el tamaño de la partícula) y energéticamente (intercambios calor, lo que puede resultar en un enfriamiento significativo del gas). Las partículas de polvo también interactúan con la radiación (estelar) y pueden evaporarse debido a la radiación de alta energía, pero también pueden crecer al condensarse a partir del gas circundante.

Todos los objetos astronómicos sólidos más grandes (planetas, asteroides, etc., pero no restos estelares) se han formado a partir del polvo, que a su vez se ha formado a partir de los elementos más pesados ​​del gas interestelar.

Para muchos fines astronómicos, el polvo es molesto, ya que bloquea la luz, en particular las longitudes de onda más cortas ( enrojeciendo y oscureciendo la luz de las estrellas), ocultando las estrellas, en particular en el plano medio de la Vía Láctea. Como consecuencia, el centro galáctico, un lugar de gran interés astronómico, es en gran parte invisible y solo puede estudiarse observando longitudes de onda distintas a la luz visible, en particular el infrarrojo, que apenas se ve afectado por la absorción de polvo.