Modelado de propiedades ópticas de granos de polvo cósmico utilizando una distribución de esferas huecas

En este artículo estudiamos los efectos combinados del tamaño y la forma de pequeñas partículas en estado sólido sobre las características de absorción, emisión y dispersión. Usamos un enfoque estadístico para calcular estas propiedades ópticas. En este enfoque, las propiedades ópticas promedio de un conjunto de partículas en orientación aleatoria se representan mediante las propiedades ópticas promedio de un conjunto de formas simples. La validez de este enfoque se estudia en detalle para una distribución uniforme de esferas huecas donde se varía el volumen fraccional de la inclusión central. Aplicamos los resultados a dos áreas de interés diferentes, i) espectroscopia en el infrarrojo; y ii) polarización de la luz dispersada. Se discuten los efectos del tamaño y la forma de las partículas sobre las características ópticas. Comparamos los resultados utilizando la distribución de esferas huecas con aquellos obtenidos usando esferoides orientados aleatoriamente. También comparamos los resultados con observaciones y mediciones de laboratorio. La distribución de esferas huecas tiene mucho éxito en reproducir las mediciones de laboratorio de la distribución del ángulo de dispersión del grado de polarización lineal para la luz incidente no polarizada de partículas de cuarzo irregulares orientadas aleatoriamente. Además, mostramos que somos capaces de derivar la distribución de tamaño de los granos de polvo ajustando el grado de polarización lineal medido utilizando los resultados computacionales para esferas huecas. Se demuestra que la distribución de esferas huecas es una herramienta poderosa para estudiar la dispersión de luz, la absorción y la emisión por granos de polvo cósmico, y en particular cuando se deben considerar grandes cantidades de parámetros de partículas, ya que la demanda computacional de la distribución de esferas huecas es pequeña.