Межзвёздная пыль, твёрдые частицы характерного размера примерно от 0,001 до 1 мкм, находящиеся в межзвёздной среде; наиболее изученный компонент космической пыли. Межзвёздная пыль играет заметную роль в различных физических процессах, взаимодействуя с межзвёздным газом, электромагнитным излучением, космическими лучами и межзвёздными магнитными полями. В Галактике пространственные распределения межзвёздной пыли и межзвёздного газа коррелируют, а соотношение межзвёздных пыли и газа по массе в среднем составляет 0,7 %, изменяясь от ≈0,4 % до ≈1 %. Наблюдательные проявления межзвёздной пыли – межзвёздное поглощение света (межзвёздная экстинкция), межзвёздная поляризация излучения, рассеянное излучение, инфракрасное (ИК) излучение в непрерывном спектре и ИК-полосах.

Явление межзвёздной поляризации излучения связано с линейным дихроизмом (линейная поляризация) и линейным двулучепреломлением (круговая поляризация) излучения в межзвёздной среде. Причина обоих эффектов – неодинаковое ослабление излучения с разной поляризацией ориентированными несферическими пылинками. Степень линейной поляризации достигает максимума, как правило, в видимой части спектра и уменьшается на бóльших и меньших длинах волн. Максимальная степень линейной поляризации $P_{макс}$ обычно не превосходит 10 % и коррелирует с межзвёздным поглощением: в среднем $P_{макс}\approx3A_V$ (где $A_V\ -$ поглощение в фотометрической полосе V, выраженное в звёздных величинах).

Межзвёздная пыль на фоне Млечного Пути в направлении на центр Галактики.Межзвёздная пыль на фоне Млечного Пути в направлении на центр Галактики.Наблюдается корреляция направлений поляризации на галактических масштабах: они выстроены достаточно однородно в тех направлениях, где луч зрения пересекает спиральный рукав, и имеют хаотическое распределение там, где луч зрения идёт вдоль спирального рукава. Это объясняется ориентацией несферических пылинок галактическими магнитными полями, направленными в среднем вдоль спиральных рукавов. Несферические пылинки вращаются вокруг осей, относительно которых их момент инерции максимален, и их оси близки к направлению силовых линий магнитного поля. Такая ориентация частиц возникает в случае механизма парамагнитной релаксации, когда в диэлектрические частицы вкраплены атомы металлов, придающие пылинкам парамагнитные свойства. Степень круговой межзвёздной поляризации обычно не превосходит 0,02–0,03 %.

Излучение, рассеянное межзвёздной пылью, проявляется в виде свечения различных туманностей (диффузных, отражательных, биполярных, кометарных) или увеличенного свечения фона неба в области галактического экватора (диффузный галактический свет). В первом случае пылинки рассеивают излучение звёзд, расположенных поблизости, а во втором – всех звёзд Галактики. Характерная особенность рассеянного излучения – его поляризация. В некоторых случаях степень линейной поляризации может достигать 50–80 %, круговой – 15–20 %. Степень поляризации, а также поверхностная яркость туманностей и диффузного галактического света сильно зависят от взаимного расположения пылевого облака, освещающего источника и наблюдателя. Межзвёздная пыль, расположенная вблизи луча зрения в направлении удалённых рентгеновских источников, рассеивает часть излучения в направлении наблюдателя, что ведёт к появлению диффузного гало вокруг точечных источников. Яркость рентгеновских гало больше для источников, расположенных ближе к плоскости Галактики, что отражает галактическое распределение пылевых облаков.

Столпы Творения – тёмная галактическая туманность, состоящая из межзвёздных пыли и газа и наблюдаемая на фоне светлой туманности Орёл (M16). Расположена в созвездии Змея на расстоянии ок. 7000 световых лет от Земли. Является областью активного звездообразования. Изображение получено в инфракрасном диапазоне спектра космическим телескопом «Джеймс Уэбб».Столпы Творения – тёмная галактическая туманность, состоящая из межзвёздных пыли и газа и наблюдаемая на фоне светлой туманности Орёл (M16). Расположена в созвездии Змея на расстоянии ок. 7000 световых лет от Земли. Является областью активного звездообразования. Изображение получено в инфракрасном диапазоне спектра космическим телескопом «Джеймс Уэбб».ИК-излучение практически всех космических объектов представляет собой излучение нагретой пыли. Пылинки поглощают ультрафиолетовое (УФ) и видимое излучение звёзд и переизлучают его как чёрное тело на длинах волн $\lambda\geq1\ мкм.$ Эти два процесса определяют равновесную температуру пылинок $T_d,$ составляющую 10–30 К в межзвёздных облаках, 50–200 К в областях H II и 100–1000 К в околозвёздных оболочках, причём температура уменьшается при переходе от мелких пылинок к более крупным и от силикатных – к углеродным. В очень горячем газе, образовавшемся после вспышек сверхновых звёзд, нагрев пылинок определяется столкновительными процессами, а не радиационными. При этом $T_d$ в основном зависит от концентрации газа. Стационарная модель определения температуры не подходит для очень мелких (радиусом ⩽0,01 мкм) и холодных $(T_d\leq20\ К)$ пылинок. Из-за малой теплоёмкости таких частиц их температура возрастает мгновенно при поглощении одного фотона, а затем спадает за время около нескольких секунд. Величина флуктуаций $T_d$ может составлять 5–50 К.

Туманность Ориона – гигантский комплекс газа и пыли, расположенный в созвездии Орион на расстоянии ок. 1300–1600 световых лет от Земли и являющийся областью активного звездообразования. Фото: космический телескоп «Хаббл».Туманность Ориона – гигантский комплекс газа и пыли, расположенный в созвездии Орион на расстоянии ок. 1300–1600 световых лет от Земли и являющийся областью активного звездообразования. Фото: космический телескоп «Хаббл».Непосредственно судить о химическом составе межзвёздной пыли можно, изучая ИК-полосы межзвёздной пыли в спектрах звёзд и межзвёздных облаков. Полосы поглощения наблюдаются в спектрах протозвёздных объектов, расположенных в молекулярных облаках, полосы излучения – в спектрах различных звёзд и туманностей. К началу 21 в. обнаружено более 100 полос в диапазоне длин волн от ⩾1 мкм до ≈90 мкм. Наиболее известна силикатная полоса с центром около 10 мкм, наблюдавшаяся в спектрах практически всех объектов – от комет до галактик. Она появляется в результате растяжения связи Si–O в аморфных оливинах или пироксенах. Многочисленные эмиссионные полосы кристаллических оливинов и пироксенов отождествлены в спектрах звёзд с пылевыми оболочками. В спектрах молекулярных облаков видны абсорбционные полосы льдов, из которых наиболее заметна полоса льда из H₂O с центром около 3,1 мкм. На длинах волн $λ=3\!-\!12\ мкм$ в спектрах многих объектов наблюдались узкие эмиссионные пики, связанные с растяжениями и изгибами связей C–C и C–H в очень мелких пылинках, состоящих из полициклических ароматических углеводородов.

Наблюдения межзвёздных УФ-линий поглощения различных атомов и ионов показывают, что содержание многих химических элементов в межзвёздном газе меньше их среднего содержания в космических объектах. Обычно предполагается, что отсутствующие в газовой фазе элементы были израсходованы в процессе образования и роста пылевых частиц. Таким образом, данные о содержании различных элементов позволяют судить о химическом составе межзвёздной пыли. Пылинки в основном состоят из C, O, Mg, Si и Fe, причём последние 3 элемента в межзвёздной среде почти полностью находятся в твёрдой фазе. Тем не менее массы пылевого межзвёздного вещества не хватает для объяснения наблюдаемой межзвёздной экстинкции. Поэтому часто используют модели пылинок в виде пористых агрегатов, в которых объёмная доля вакуума составляет до 50 % и более.