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

¿Hay una diferencia estricta entre gas y polvo? En el entorno terrenal, la mayoría de las cosas se vuelven gaseosas si se calientan lo suficiente. La temperatura del medio interestelar parece oscilar principalmente entre 10 y 10 000 Kelvin. ¿Es el gas / polvo un análogo para calor / frío, o también importa el diagrama de fase del elemento en cuestión? ¿Pueden los metales y las moléculas ser gas en términos astronómicos?

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 en sólido , líquido o gas (y algunos otros estados fuera del alcance de esta pregunta). Pero como un gas, existen estas sustancias completamente como sea individuales átomos, individuales moléculas elementales, o individuales moléculas del compuesto de múltiples átomos (por ejemplo, dióxido de carbono).

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

En astronomía, no existe una definición formal del umbral entre el gas y el 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 moléculas muy grandes. He visto a varios autores usar varias definiciones, que van desde a ∼ 1000 átomos.$\sim100$$\sim1000$

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

AGREGADO 13.6.2018: Actualmente estoy asistiendo a una conferencia sobre polvo cósmico, y 200 astrónomos no pudieron responder la pregunta del 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.

$\mathrm{H\,II}$

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

$^{^\dagger}$

Puedo añadir 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 arrastra junto con él dependiendo del tamaño de partícula) como enérgicamente (intercambios calor, que puede provocar 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 condensándose del gas circundante.

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

Para muchos propósitos 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 medida invisible y solo puede estudiarse observando otras longitudes de onda que la luz visible, en particular el infrarrojo, que apenas se ve afectado por la absorción de polvo.