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Im sehr interessanten Artikel von A. Pohl in SuW 7/2017 wird die maximale Größe mit 0,15 mm angegeben. Dies ergibt sich aus dem Polarisationsgrad der Strahlung des Scheibenstaubes bei der Beobachtungs-Wellenlänge von 0,87 mm mit ALMA. Dabei ist der Polarisationsgrad am höchsten, wenn der Durchmesser der Streuteilchen etwas kleiner als die Wellenlänge ist.
Wenn man nur bei 0,87 mm beobachtet, wie kann man dann die frühere Annahme von etwa 1,5 mm großen Partikeln ausschließen? Geht das evtl. davon aus, dass das gemessene Maximum von 0,15 mm in Richtung 0,87 mm abnimmt und die Häufigkeit noch größerer Partikel bei 1,5 mm extrapoliert bedeutungslos wird? Könnte nicht auch eine bimodale Korngrößenverteilung vorliegen? Könnte man das mit ALMA z.B. bei 9 mm testen?
Stellungnahme der Redaktion
Herr Oczlon sieht den Sachverhalt vollkommen richtig. Die zentrale Aussage des Artikels ist in der Tat so zu verstehen, dass es eine maximale Teilchengröße gibt, für die die Millimeter-Polarisation am effektivsten ist (proportional zur Wellenlänge/(2Pi)). In unserem Fall, bei einer Beobachtungswellenlänge von 870 Mikrometer, tragen Teilchen mit einer Maximalgröße von ca. 150 Mikrometer am meisten zur polarisierten Intensität bei. Ist die Teilchengröße deutlich kleiner, so ist deren Streuopazität zu gering, um die thermische Staubemission zu streuen. Ist die Teilchengröße viel größer, so ist die Streuung nach vorne ausgerichtet und daher wird keine Polarisation in der Sichtlinie des Beobachters erwartet. Man beachte hierbei, dass sich unsere Abschätzungen auf die Annahme von kompakten, sphärischen Staubteilchen stützt. Es ist also nicht auszuschließen, dass es fraktale Staubteilchen in der Scheibe gibt, die eine hohe Porosität aufweisen. Da die Streu- und Polarisationseigenschaften von solch porösen Staubteilchen von den winzigen Fraktalbestandteilen bestimmt werden, könnte die totale Staubaggregatgröße trotzdem im Zentimeterbereich liegen. Des Weiteren stimme ich zu, dass eine bimodale Teilchengrößenverteilung nicht auszuschließen ist. Dies bedeutet, dass es zwei Staubpopulationen in der Scheibe geben könnte: Eine mit kleineren Teilchen (bis ~150 micron), die die Polarisation in der Scheibe dominiert und eine mit großen Teilchen (>>150 micron), die nicht zum polarisierten Streulicht beiträgt. Wie groß deren Anteil ist, könnte in der Tat durch ALMA Beobachtungen des polarisierten Lichts der Scheibe bei größeren Wellenlängen (z.B. bei 3 mm) getestet werden.
Adriana Pohl
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Größe der Staubpartikel in zirkumstellarer Scheibe
17.06.2017, Dr. Martin Oczlon, WieslochIm sehr interessanten Artikel von A. Pohl in SuW 7/2017 wird die maximale Größe mit 0,15 mm angegeben. Dies ergibt sich aus dem Polarisationsgrad der Strahlung des Scheibenstaubes bei der Beobachtungs-Wellenlänge von 0,87 mm mit ALMA. Dabei ist der Polarisationsgrad am höchsten, wenn der Durchmesser der Streuteilchen etwas kleiner als die Wellenlänge ist.
Wenn man nur bei 0,87 mm beobachtet, wie kann man dann die frühere Annahme von etwa 1,5 mm großen Partikeln ausschließen? Geht das evtl. davon aus, dass das gemessene Maximum von 0,15 mm in Richtung 0,87 mm abnimmt und die Häufigkeit noch größerer Partikel bei 1,5 mm extrapoliert bedeutungslos wird? Könnte nicht auch eine bimodale Korngrößenverteilung vorliegen? Könnte man das mit ALMA z.B. bei 9 mm testen?
Herr Oczlon sieht den Sachverhalt vollkommen richtig. Die zentrale Aussage des Artikels ist in der Tat so zu verstehen, dass es eine maximale Teilchengröße gibt, für die die Millimeter-Polarisation am effektivsten ist (proportional zur Wellenlänge/(2Pi)). In unserem Fall, bei einer Beobachtungswellenlänge von 870 Mikrometer, tragen Teilchen mit einer Maximalgröße von ca. 150 Mikrometer am meisten zur polarisierten Intensität bei. Ist die Teilchengröße deutlich kleiner, so ist deren Streuopazität zu gering, um die thermische Staubemission zu streuen. Ist die Teilchengröße viel größer, so ist die Streuung nach vorne ausgerichtet und daher wird keine Polarisation in der Sichtlinie des Beobachters erwartet. Man beachte hierbei, dass sich unsere Abschätzungen auf die Annahme von kompakten, sphärischen Staubteilchen stützt. Es ist also nicht auszuschließen, dass es fraktale Staubteilchen in der Scheibe gibt, die eine hohe Porosität aufweisen. Da die Streu- und Polarisationseigenschaften von solch porösen Staubteilchen von den winzigen Fraktalbestandteilen bestimmt werden, könnte die totale Staubaggregatgröße trotzdem im Zentimeterbereich liegen. Des Weiteren stimme ich zu, dass eine bimodale Teilchengrößenverteilung nicht auszuschließen ist. Dies bedeutet, dass es zwei Staubpopulationen in der Scheibe geben könnte: Eine mit kleineren Teilchen (bis ~150 micron), die die Polarisation in der Scheibe dominiert und eine mit großen Teilchen (>>150 micron), die nicht zum polarisierten Streulicht beiträgt. Wie groß deren Anteil ist, könnte in der Tat durch ALMA Beobachtungen des polarisierten Lichts der Scheibe bei größeren Wellenlängen (z.B. bei 3 mm) getestet werden.
Adriana Pohl