magnitud

densidad columnar

El número de partículas en una columna de área unitaria a lo largo de la línea de visión, que mide la abundancia de gas.
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Descripción

La densidad columna es una medida de cuántas partículas están presentes en una columna de área de sección transversal unitaria a lo largo de una línea de visión dada. Se expresa típicamente en unidades de partículas por centímetro cuadrado (cm⁻²) y es una cantidad fundamental en astrofísica, donde cuantifica la cantidad de gas o polvo entre un observador y una fuente distante. Por ejemplo, la densidad columna de hidrógeno en el medio interestelar indica a los astrónomos cuánto material se encuentra a lo largo de la trayectoria hacia una estrella, afectando su brillo y espectro observados. La densidad columna es distinta de la densidad volumétrica (partículas por centímetro cúbico) porque integra a lo largo de la línea de visión, lo que la hace directamente relevante para las observaciones de absorción y emisión.

Historia

El concepto de densidad columna se ha utilizado en astronomía desde principios del siglo XX, particularmente en estudios de atmósferas estelares y líneas de absorción interestelar. Se convirtió en una herramienta estándar con el desarrollo de la radioastronomía y la espectroscopía ultravioleta a mediados del siglo XX.

Cómo funciona

Para obtener la densidad columna, se integra la densidad volumétrica n(r) a lo largo de la línea de visión desde el observador hasta la fuente: N = ∫ n(r) dr. En la práctica, los astrónomos infieren la densidad columna a partir de mediciones de líneas espectrales: la intensidad de las líneas de absorción o emisión depende del número de partículas absorbentes o emisoras a lo largo de la trayectoria. Por ejemplo, la densidad columna de hidrógeno se deriva a menudo de la línea de absorción de Lyman-alfa, y la densidad columna de polvo a partir de mapas de extinción infrarroja.

En la práctica

La densidad columna se utiliza para mapear la distribución de gas en las galaxias, para corregir la extinción en las observaciones astronómicas y para evaluar el blindaje de las nubes moleculares contra la radiación ultravioleta, lo que afecta la formación estelar.

Dato curioso

La densidad columna de la atmósfera terrestre a nivel del mar es de aproximadamente 10²⁵ moléculas por centímetro cuadrado, por lo que el cielo es azul: la dispersión de Rayleigh es eficiente porque la columna es tan espesa.

Concept graph →

Fórmulas

$$N = \frac{4\pi S_\nu \Delta\nu Q(T_{\rm rot})}{A_{ul} \Omega h c g_u e^{-E_u/kT_{\rm rot}}}$$
Column density derived from rotational molecular line emission.
Qué hay en la fórmula
Nvariablecolumn density — densidad columnar per square metre
S_νvariableline flux density — spectral flux density joule per square metre per second per he
Δνvariableline width — frequency interval hertz
Qvariablerotational partition function — función de partición
T_rotvariablerotational temperature — temperatura kelvin
A_ulvariableEinstein A coefficient — einstein a coefficient per second
Ωvariablesolid angle of source — solid angle steradian
hvariablePlanck constant — constante de Planck joule second
cvariablespeed of light — velocidad de la luz metre per second
g_uvariabledegeneracy of upper level — degeneración
E_uvariableenergy of upper level — energía joule
kvariableBoltzmann constant — constante de Boltzmann joule per kelvin
$$N = \frac{EW}{f \lambda^2}$$
Column density relates to equivalent width in optically thin limit.
Qué hay en la fórmula
Nvariablecolumn density — densidad columnar per square metre
EWvariableequivalent width — equivalent width metre
fvariableoscillator strength — oscillator strength
λvariablewavelength — longitud de onda metre

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