¿Cuál es la física de la contribución del "polvo giratorio" a las mediciones del Fondo Cósmico de Microondas?

El "polvo giratorio" es un mecanismo propuesto para explicar una característica particular en la emisión de CMB en primer plano ; un bache alrededor$\nu\sim20\,\mathrm{GHz}$.

Los granos de polvo adquieren carga mediante emisión fotoeléctrica y colisiones con electrones e iones ( Draine & Lazarian 1998 ). Como comenta Zephyr, si el polvo es un mal conductor, sus cargas, en general, se distribuirán de manera desigual, lo que provocará que los pequeños granos de polvo muestren un momento dipolar eléctrico.$\mathbf{\mu}$. Pero las moléculas que forman los granos pueden tener un momento dipolar, e incluso un conductor perfecto tendrá, en general, su centroide de carga desplazado del centroide de masa ( Purcell 1975 ).

Las colisiones y la radiación pueden hacer que los granos comiencen a girar, y en presencia de campos magnéticos (que son muy comunes en el medio interestelar), este giro a su vez hace que las partículas emitan radiación con una potencia$P$, según la fórmula de Larmor que para un dipolo giratorio se puede escribir como:

La radiación emitida coincide con la frecuencia de rotación que se encuentra en la región de (decenas de) GHz, correspondiente a longitudes de onda en la región de microondas.

Por el contrario, la radiación del polvo que no gira será térmica, por lo que se encontrará en el infrarrojo.

El documento al que se vincula ( Bennett et al. 2013 ) muestra la diferencia en la Fig. 22 (aunque la radiación térmica alcanza su punto máximo fuera del rango de observación de WMAP): El polvo giratorio alcanza su punto máximo alrededor$\nu\sim20\,\mathrm{GHz}$, mientras que la radiación térmica alcanza su punto máximo alrededor$\nu\sim2\,000\,\mathrm{GHz}$.

Tenga en cuenta que el polvo giratorio también emite radiación térmica y, de hecho, las fluctuaciones térmicas dentro de los granos hacen que las cargas se desplacen con bastante rapidez, cambiando$\mu_\perp$y$\omega$( Hoang et al. 2015 ), por lo tanto, elimina las líneas espectrales de manera efectiva.

Podría decirse que un grano de polvo simétrico será golpeado por partículas/fotones, en promedio, tanto de un lado como de otro. Purcell (1975) propone un mecanismo para acelerar el giro de un grano asimétrico . A continuación se muestra la Fig. 1 de su artículo. Es más probable que una partícula que golpea en una concavidad interactúe dos veces con los granos. Si el gas está más frío que el grano, se calentará y dejará el grano con una velocidad mayor a la que entró, haciendo que el grano de la figura comience a girar en sentido contrario a las agujas del reloj; si el gas está más caliente (que suele ser el caso), hará que el grano gire en el sentido de las agujas del reloj.