From flux to dust mass: Does the grain-temperature distribution matter for estimates of cold dust masses in supernova remnants?

The amount of dust estimated from infrared to sub-millimetre (submm) observations strongly depends on assumptions of different grain sizes, compositions and optical properties. Here we use a simple model of thermal emission from cold silicate/carbon dust at a range of dust grain temperatures and fit the spectral energy distribution (SED) of the Crab Nebula as a test. This can lower the derived dust mass for the Crab by ~50% and 30-40% for astronomical silicates and amorphous carbon grains compared to recently published values (0.25M_sun -> 0.12M_sun and 0.12M_sun -> 0.072M_sun, respectively), but the implied dust mass can also increase by as much as almost a factor of six (0.25M_sun -> 1.14M_sun and 0.12M_sun -> 0.71M_sun) depending on assumptions regarding the sizes/temperatures of the coldest grains. The latter values are clearly unrealistic due to the expected metal budget, though. Furthermore, we show by a simple numerical experiment that if a cold-dust component does have a grain-temperature distribution, it is almost unavoidable that a two-temperature fit will yield an incorrect dust mass estimate. But we conclude that grain temperatures is not a greater uncertainty than the often poorly constrained emissivities (i.e., material properties) of cosmic dust, although there is clearly a need for improved dust emission models. The greatest complication associated with deriving dust masses still arises in the uncertainty in the dust composition.Comment: 13 pages, 7 figures, to appear in MNRA

On the (in)variance of the dust-to-metals ratio in galaxies

Recent works have demonstrated a surprisingly small variation of the dust-to-metals ratio in different environments and a correlation between dust extinction and the density of stars. Naively, one would interpret these findings as strong evidence of cosmic dust being produced mainly by stars. But other observational evidence suggest there is a significant variation of the dust-to-metals ratio with metallicity. As we demonstrate in this paper, a simple star-dust scenario is problematic also in the sense that it requires that destruction of dust in the interstellar medium (e.g., due to passage of supernova shocks) must be highly inefficient. We suggest a model where stellar dust production is indeed efficient, but where interstellar dust growth is equally important and acts as a replenishment mechanism which can counteract the effects of dust destruction. This model appears to resolve the seemingly contradictive observations, given that the ratio of the effective (stellar) dust and metal yields is not universal and thus may change from one environment to another, depending on metallicity.Comment: 10 pages, 4 figures. Accepted for publication in MNRA

Would You Choose to be Happy? Tradeoffs Between Happiness and the Other Dimensions of Life in a Large Population Survey

A large literature documents the correlates and causes of subjective well-being, or happiness. But few studies have investigated whether people choose happiness. Is happiness all that people want from life, or are they willing to sacrifice it for other attributes, such as income and health? Tackling this question has largely been the preserve of philosophers. In this article, we find out just how much happiness matters to ordinary citizens. Our sample consists of nearly 13,000 members of the UK and US general populations. We ask them to choose between, and make judgments over, lives that are high (or low) in different types of happiness and low (or high) in income, physical health, family, career success, or education. We find that people by and large choose the life that is highest in happiness but health is by far the most important other concern, with considerable numbers of people choosing to be healthy rather than happy. We discuss some possible reasons for this preference

Hållbart växtskydd. Analys av olika strategier för att minska riskerna med kemiska växtskyddsmedel

Risker som är förknippade med kemiska växtskyddsmedel kan sammanfattas i fem områden: risker för användare, risker för rester i livsmedel samt i yt- och grundvatten och risker för natursystemet (t.ex. förlorad biodiversitet). De viktigaste fördelarna med växtskyddsmedel är att de bidrar till skördeökningar och att de förbättrar möjligheten till stabila skördenivåer, oavsett årsmån. Det finns olika strategier för att hantera växtskyddet i dagens jordbruk och beroende på vilken strategi som väljs förändras riskerna som är förknippade med användningen av växtskyddsmedel. Syftet med MAT 21-projektet Hållbart Växtskydd har varit att analysera den miljömässiga hållbarheten i olika växtskyddsstrategier med hjälp av konkreta exempel. Ambitionen är att ge vägledning om genomförandet av politiska miljömål, tolkning av miljöanalyser och utveckling av kvalitets- och miljöledningssystem i livsmedelsföretag. I projektet har en varierad växtföljd setts som en viktig förebyggande åtgärd för att minska riskerna med växtskyddsmedel. En diversifierad växtföljd bidrar till att reducera vissa typer av ogräs och till att minska trycket av många svampsjukdomar. Mekanisk ogräsreglering ger tillsammans med förebyggande åtgärder möjligheter att minska användningen av växtskyddsmedel. Exempel på tekniska lösningar som kan minska riskerna är bandsprutning i kombination med radrensning eller ny bredsprutningsteknik med lufttillsats vilket reducerar vindavdriften vid en applikation med växtskyddsmedel. För att analysera riskerna som är förknippade med växtskyddsmedel användes modellen PRI-Farm som är en riskindikatormodell utvecklad av Kemikalieinspektionen. I modellen poängsätts faktorer för fara och exponering vid applikation av växtskyddsmedel. Farofaktorerna utrycker belastningen av de inneboende egenskaperna hos preparatens aktiva substans som persistens, bioackumulering och rörlighet. Exponeringsfaktorerna beaktar applikationsmetod, använd dos, markegenskaper och spruttidpunkt. Resultaten vägs samman i en poängsumma (ett miljöriskindex), där risk för transport till yt- och grundvatten väger tungt. Även ett hälsoriskindex kan beräknas, vilket inte gjorts i denna studie. Modellen kan inte användas för att kvantifiera risker utan är i stället ett verktyg för att kunna göra jämförande bedömningar mellan olika strategier för växtskyddsinsatser, identifiera problemanvändningar eller för att visa på risktrender över tiden. För att analysera andra miljöeffekter (t.ex. klimatpåverkan och energianvändning) användes metodiken för livscykelanalys (LCA). Detta är en metod som används för att göra miljöbedömningar av produkter och tjänster. Man genomför beräkningar för produktens potentiella bidrag till olika miljöeffekter, såsom växthuseffekt och försurning, och man summerar även den förbrukning av viktiga resurser som produkten givit upphov till. Tanken är att dessa beräkningar skall kunna ge information som kan leda till att man kan minska miljöpåverkan från en viss produkt på ett effektivt sätt. Resultaten kan också ge vägledning vid val mellan produkter som är likvärdiga i övrigt. I fallstudien av den allsidiga växtodlingsgården jämfördes också nuläget med ett scenario där gården lades om till ekologisk produktion. I detta alternativ användes inga kemiska växtskyddsmedel. Omläggningen till ekologisk produktion påverkade även andra miljöeffekter, förutom riskerna med växtskyddsmedel. En negativ effekt av det ekologiska scenariot var att grödan kepalök fick utgå p.g.a. att risken bedömdes som för stor för ett stort skördebortfall utan tillgång på fungicider. På grund av en lägre skördenivå i ekologisk produktion behövdes en betydligt större yta för att producera en given mängd livsmedel. I en ekonomisk analys jämfördes nuläget på den allsidiga växtodlingsgården med ett ekologiskt scenario. Resultatet var likvärdigt för de två alternativen. För att ekologisk odling skall vara en ekonomiskt lyckad satsning på gårdar i intensiva slättbygder med odling av specialgrödor är det, med dagens nivå på miljöstödet för ekologisk produktion, helt nödvändigt att det finns ett bra merpris för produkterna. I en fallstudie av en allsidig växtodlingsgård jämfördes nuläget med ett scenario där olika strategier testades som minskade riskerna med växtskyddsmedel utan att skördenivån ändrades nämnvärt. Detta scenario (kallat Bästa Möjliga Teknik) innebar användning av mekanisk och/eller termisk behandling som alternativ till konventionell bekämpning i vissa grödor samt medvetna val av växtskyddsmedel som hade mindre dåliga miljöegenskaper. Fallstudien visade på flera olika möjligheter till att reducera riskerna i konventionell drift. Eftersom gården i studien hade många radodlade specialgrödor bedömdes bandsprutning kombinerat med radrensning vara en intressant förbättring. Att väsentligt reducera användningen av fungicider i potatis och lök utan att äventyra skördenivån bedömdes som mycket svårt i konventionell drift, även med bästa odlingsteknik. I fallstudien av den allsidiga växtodlingsgården jämfördes också nuläget med ett scenario där gården lades om till ekologisk produktion. Detta alternativ minskar riskerna med växtskydds-medel radikalt men påverkar även andra miljöeffekter. För många grödor minskade energianvändning, liksom utsläpp av växthusgaser vid en övergång till ekologisk odling. En negativ effekt av det ekologiska scenariot var att grödan kepalök fick utgå p g a att risken bedömdes som för stor för ett betydande skördebortfall utan tillgång till fungicider. Ur miljö- och resurssynpunkt var den mest negativa effekten att det ekologiska scenariot krävde mycket större yta för att producera en given mängd livsmedel. I en ekonomisk analys jämfördes nuläget på den allsidiga växtodlingsgården med ett ekologiskt scenario. Resultatet var likvärdigt för de två alternativen. För att ekologisk odling skall vara en ekonomiskt lyckad satsning på gårdar i intensiva slättbygder är det helt nödvändigt att det finns ett bra merpris för produkterna. Studien visar att det finns flera olika strategier för att minska riskerna med användningen av växtskyddsmedel. En varierad växtföljd är en grundläggande förutsättning i alla odlingssystem och inom detta område finns det mycket gammal kunskap som behöver väckas till liv. Miljöanalyserna visar också att många tekniska lösningar, som leder till minskat behov av växtskyddsmedel, kan tillämpas utan att andra miljöeffekter påverkas nämnvärt. Att välja bort växtskyddsmedel som har mindre goda miljöeffekter är en strategi som förefaller ha stor potential för att minska riskerna. PRI-Farm kan bli ett viktigt beslutsstöd i lantbrukets arbete för bättre produktval och säkrare växtskydd. Ekologisk produktion har goda förutsättningar att bli en viktig strategi för minskade risker i de utökade vattenskyddsområden som kommunerna nyligen har beslutat om. För att denna strategi skall bli lyckosam krävs att marknaden fortsätter att öka för ekologiska produkter i Sverige, så att produkternas merpris tillsammans med samhällets stöd via miljöersättningsprogram fortsätter att betala merkostnaden för denna produktionsform

Dust-depletion sequences in damped Lyman-α absorbers II. The composition of cosmic dust, from low-metallicity systems to the Galaxy

Metals in the interstellar medium (ISM) of essentially all types of galaxies are observed to be depleted compared to the expected values. The depletion is most likely due to dust condensation in, for example, cold molecular clouds and various circumstellar and interstellar environments. The relative observed metal abundances should thereby reflect the composition of the ISM dust components. We aim at identifying the most dominant dust species or types, including silicate and iron oxide grains present in the ISM, using recent observations of dust depletion of galaxies at various evolutionary stages. We use the observed elemental abundances in dust of several metals (O, S, Si, Mg, and Fe) in different environments, considering systems with different metallicities and dust content, namely damped Lyman-α absorbers (DLAs) towards quasars and the Galaxy. We derive a possible dust composition by computationally finding the statistically expected elemental abundances in dust assuming a set of key dust species with the iron content as a free parameter. Carbonaceous dust is not considered in the present study. Metallic iron (likely in the form of inclusions in silicate grains) and iron oxides are important components of the mass composition of carbon-free dust. The latter make up a significant mass fraction (~1∕4 in some cases) of the oxygen-bearing dust and there are good reasons to believe that metallic iron constitutes a similar mass fraction of dust. Wüstite (FeO) could be a simple explanation for the depletion of iron and oxygen because it is easily formed. There appears to be no silicate species clearly dominating the silicate mass, but rather a mix of iron-poor as well as iron-rich olivine and pyroxene. To what extent sulphur depletion is due to sulfides remains unclear. In general, there seems to be little evolution of the dust composition (not considering carbonaceous dust) from low-metallicity systems to the Galaxy

Higher order finite difference schemes for the magnetic induction equations

We describe high order accurate and stable finite difference schemes for the initial-boundary value problem associated with the magnetic induction equations. These equations model the evolution of a magnetic field due to a given velocity field. The finite difference schemes are based on Summation by Parts (SBP) operators for spatial derivatives and a Simultaneous Approximation Term (SAT) technique for imposing boundary conditions. We present various numerical experiments that demonstrate both the stability as well as high order of accuracy of the schemes.Comment: 20 page

The Herschel exploitation of local galaxy Andromeda (HELGA) V: Strengthening the case for substantial interstellar grain growth

In this paper we consider the implications of the distributions of dust and metals in the disc of M31. We derive mean radial dust distributions using a dust map created from Herschel images of M31 sampling the entire far-infrared (FIR) peak. Modified blackbodies are fit to approximately 4000 pixels with a varying, as well as a fixed, dust emissivity index (beta). An overall metal distribution is also derived using data collected from the literature. We use a simple analytical model of the evolution of the dust in a galaxy with dust contributed by stellar sources and interstellar grain growth, and fit this model to the radial dust-to-metals distribution across the galaxy. Our analysis shows that the dust-to-gas gradient in M31 is steeper than the metallicity gradient, suggesting interstellar dust growth is (or has been) important in M31. We argue that M31 helps build a case for cosmic dust in galaxies being the result of substantial interstellar grain growth, while the net dust production from stars may be limited. We note, however, that the efficiency of dust production in stars, e.g., in supernovae (SNe) ejecta and/or stellar atmospheres, and grain destruction in the interstellar medium (ISM) may be degenerate in our simple model. We can conclude that interstellar grain growth by accretion is likely at least as important as stellar dust production channels in building the cosmic dust component in M31.Comment: 12 pages, 7 figures. Published in MNRAS 444, 797. This version is updated to match the published versio

On the dust abundance gradients in late-type galaxies: I. Effects of destruction and growth of dust in the interstellar medium

We present basic theoretical constraints on the effects of destruction by supernovae (SNe) and growth of dust grains in the interstellar medium (ISM) on the radial distribution of dust in late-type galaxies. The radial gradient of the dust-to-metals ratio is shown to be essentially flat (zero) if interstellar dust is not destroyed by SN shock waves and all dust is produced in stars. If there is net dust destruction by SN shock waves, the dust-to-metals gradient is flatter than or equal to the metallicity gradient (assuming the gradients have the same sign). Similarly, if there is net dust growth in the ISM, then the dust-to-metals gradient is steeper than or equal to the metallicity gradient. The latter result implies that if dust gradients are steeper than metallicity gradients, i.e., the dust-to-metals gradients are not flat, then it is unlikely dust destruction by SN shock waves is an efficient process, while dust growth must be a significant mechanism for dust production. Moreover, we conclude that dust-to-metals gradients can be used as a diagnostic for interstellar dust growth in galaxy discs, where a negative slope indicates dust growth.Comment: 12 pages, 4 figures. Accepted for publication in MNRA