近日,苏刚教授研究团队基于氢化的T碳分子团簇提出新模型,对困扰人们半个多世纪的银河系星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源给出新解释,理论结果与实验观测相当吻合,相关研究成果最近发表于天文学国际权威期刊《皇家天文学会月刊》 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 497, 2190-2200 (2020), DOI:10.1093/mnras/staa2061)。
1965年,美国马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心的科学家Theodore P. Stecher利用探空火箭测量五个恒星的1200至3000埃的紫外波段消光光谱时,首次观察到波长为2175埃的消光峰(ApJ 142, 1683 (1965))。随后,多个卫星观测证实在银河系的数十个星系中普遍存在2175埃的消光峰。对众多星系的大量观测研究表明,在星际介质中2175埃消光峰几乎无处不在,并且十分显著。最近的天文观测也显示这种神秘的2175埃消光峰甚至存在于类星体中。目前,天文学界广泛认为2175埃消光峰应该来自于碳物质。然而,经过半个多世纪的深入研究,这种消光峰的确切物理来源至今仍不清楚。虽然科学家已经提出了包括石墨、无定形碳、金刚石和多环芳香烃等传统的碳物质作为候选载体去解释其物理来源,但各自都存在一定的局限性,到现在为止仍然没有取得广泛共识。因此,如何解释星际介质中神秘的2175埃消光峰,目前仍是困扰人们的一大谜题。
最近,来自中国科学院大学的苏刚研究团队提出新模型,对星际介质中2175埃消光峰的物理来源给出全新解释。他们通过研究提出了一个混合物模型,指出星际介质中的2175埃紫外消光峰与氢化的T-碳分子(hydrogenated T-carbon molecule,分子式为C40H16,简称HTC,其结构如图1所示)团簇可能密切相关。氢化的T-碳(HTC)分子是一种新的碳物质,目前尚未见到在实验室合成。他们通过计算发现,HTC分子的紫外光谱在2175埃处具有非常显著的吸收峰。通过该模型,他们将HTC混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4的吸收谱进行线性组合,结果发现银河系中任选的六个星系的紫外消光谱都可以被很好地拟合。
几年前,苏刚研究团队提出了一种新型的碳同素异构体,命名为T-carbon(T-碳)(PRL 106, 155703 (2011)),引起了国内外同行的极大兴趣,也导致后续一系列针对此新结构的大量深入研究,发现T-碳在储氢、锂电池、热电、光催化、太阳电池、超导、拓扑物态等领域都具有重要的应用前景。T-碳是通过将金刚石中每个碳原子替换为碳四面体得到的碳的新结构,具有sp3杂化特征和较低的密度。最近,利用不同的实验方法,科学家们已经在实验室分别成功地将T-碳制备出来(Zhang J et al., Nat. Commun, 8, 683 (2017); Xu K et al., Carbon 157, 270 (2020))。通过实验测量T-碳的紫外吸收光谱,研究人员发现其吸收峰位于2250埃,十分接近2175埃。通过进一步计算发现,T-碳比较容易在负压环境中形成,这意味着T-碳及其碎片(分子或者团簇)可能易于在星际空间中以某种形式存在。这些研究结果显示T-碳或许与星际介质中2175埃的消光峰有关。考虑到星际空间充满了氢,在星际空间中的T-碳也有可能会以氢钝化的分子或团簇形式存在,从而形成氢化的T-碳(HTC)分子或团簇。
图1 氢化的T-carbon分子(HTC分子式为C40H16)的结构示意图。红色和黄色的球分别代表碳原子和氢原子
苏刚团队计算了HTC分子的紫外吸收光谱,发现在2175埃处HTC分子具有非常明显的吸收峰,表明星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源很可能与氢化的T-碳分子或团簇存在密切联系。他们提出了一个基于HTC分子的混合物模型,计算发现HTC分子团簇混合物在2175埃处仍具有显著吸收峰。此外,由于硅酸盐和含镁和铁的橄榄石以及石墨颗粒也会是星际介质的成分,所以在此模型中也考虑了铁橄榄石(Fe2SiO4)、顽火辉石(MgSiO3)和石墨的紫外吸收光谱。
通过线性组合HTC分子团簇混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4的紫外吸收光谱,发现在银河系中任选的六个星系(BD582292、HD239689、HD239742、HD239722、HD283800和HD147889)的紫外消光曲线按照此模型都可以被很好地拟合出来(如图2所示)。
图2 (a) BD582292,(b) HD239689,(c) HD239742,(d) HD239742,(e) HD283800和(f) HD147889六个星系的归一化紫外消光曲线拟合结果。菱形表示观测数据,红色实线是拟合曲线,其他线条在(a)的图例中已标示。每个图中算式的系数表示四种成分(HTC混合物、石墨、MgSiO3和Fe2SiO4)按百分比给出的不同柱密度比
图3 银河系星际介质中对2175埃消光峰有贡献的组成成分示意图。
背景是由美国宇航局和欧洲太空局的哈勃太空望远镜拍摄的星云图(已获许可)
这项研究通过提出新模型对银河系星际介质中2175埃紫外消光峰的物理来源给出了一个全新的解释,指出具有2175埃吸收峰的HTC分子的团簇混合物可能在解释星际介质2175埃消光峰的物理来源中起着重要作用。由于这项工作有助于解开这个存在长达半个多世纪的重要谜题,期望未来针对HTC分子及其团簇有更多的天文观测和实验室的研究工作出现。
该论文的第一作者是国科大物理学院的博士生马星宇,第二作者是国科大的本科生朱炎炎。这项工作得到了国家重点研发计划、中国科学院、国家自然科学基金委和北京市科委的资助,相关计算在中国科学院超级计算中心的平台上完成。
相关阅读:国科大苏刚教授团队预言的T-碳成功被实验证实
责任编辑:脱畅
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
国科大苏刚研究团队提出星际介质中紫外消光峰物理来源新见解
本站小编 Free考研考试/2021-12-25
相关话题/物理 观测 计算 天文 结构
国科大物理学院周武、周善贵、王建雄教授获中国物理学会奖
近日,中国物理学会揭晓了2020年度5项大奖,即胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训、王淦昌物理奖,分别授予在实验技术、光学、声学与原子分子物理、凝聚态物理、原子核物理以及粒子物理和惯性约束核聚变方面有突出贡献的科学家。 在五项大奖中,中国科学院大学物理科学学院三位老师获奖,分别是周武教授获得2020年 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25盐湖镁基超分子结构层状功能材料(LDHs)工程化关键技术研发取得新进展
9月28日,青海省科学技术厅组织专家对中国科学院青海盐湖研究所承担的科技成果转化专项“盐湖镁资源高效高值利用——镁基超分子结构层状功能材料(LDHs)工程化关键技术应用与示范”项目进行了验收。 专家组认为,项目针对察尔汗盐湖铁路以东提钾后老卤中镁资源赋存和环境特点,通过盐田精控工艺成核-晶化隔离、 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25徐华强课题组与合作团队首次解析de novo DNA甲基转移酶和天然底物核小体的高分辨率结构
中科院上海药物研究所徐华强课题组与美国温安洛研究所PeterJones课题组、KarstenMelcher课题组于北京时间2020年9月23日在国际顶级期刊《NATURE》在线发表了题为“Structureofnucleosome-boundDNAmethyltransferasesDNMT3Aan ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25鼎湖山森林生态系统国家野外科学观测研究站长期野外增温平台2020年取得重要研究进展
与气候变化紧密相关的温度上升可能会对林木功能产生重要影响。鼎湖山森林生态系统国家野外科学观测研究站开展了长达7年的野外增温实验(2012-2019)—将几种重要的本土树种(短序润楠、红枝蒲桃、木荷和鼠刺等)和土壤(分层)从海拔600米移位到300和30米,于2020年取得了重要研究进展。 国科大2 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25近代物理研究所新一代加速器物理控制系统PACS在HIRFL-CSR上首次调试成功
中科院近代物理研究所科研人员完成了自主研发的新一代加速器物理控制系统PACS(Physics-orientedAcceleratorControlSystem)在兰州重离子冷却储存环HIRFL-CSR上的部署和首次调试工作,成功实现了78Kr30+束在100MeV/u、300MeV/u、400MeV ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25近代物理研究所HL-LHC CCT超导磁体项目成功完成低温测试
近代物理所磁铁技术室科研人员利用TCF10低温站及自建的超导磁体低温测试平台对CERN亮度升级项目(HL-LHC),斜螺线管型(CCT)双孔径超导磁体进行了测试。测试前后历时2个月,先后完成了磁体机械检测、电气检测、室温磁场测量、低温励磁测试等多项内容。 HL-LHCCCT超导磁体项目由高能物理所 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25近代物理研究所等研究人员构建首个用于高能多体系统的角动量守恒输运模型
输运模型是用来描述非平衡的多体系统中粒子微观状态(动量、位置、自旋)演化的重要理论方法。在凝聚态物理和核物理研究中,被广泛应用的玻尔兹曼方程和朗之万方程就是很著名的代表。在输运模型中,守恒律对系统趋向平衡态起着关键作用,因而多数输运模型的构建都会做到能量和动量守恒。然而,同为守恒律,与自旋相关物理紧 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25青海盐湖所在溶液结构的X射线及中子散射研究中取得进展
最近,周永全副研究员团队在《盐湖研究》撰文“X射线及中子散射在溶液结构研究中的应用”介绍了利用X射线和中子散射研究溶液结构的实验(平板样品池反射法及圆柱几何透射法)及数据解析方法(基于德拜散射模型的理论模型计算和逆向MonteCarlo)。回顾了近些年研究团队利用X射线及中子散射在纯水结构、硼酸盐水 ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25上海药物所在人血管活性肠肽受体1的结构与功能研究取得进展
2020年8月17日,中国科学院上海药物研究所蒋轶研究员、徐华强研究员团队联合浙江大学医学院张岩研究员团队在人血管活性肠肽受体1(VIP1R)研究领域取得重大进展——首次解析了VIP1R与多肽配体PACAP27和Gs蛋白复合物的冷冻电镜结构。该研究论文“Cryo-EMstructureofanact ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25上海药物所在人源胰高血糖素受体小分子全激动剂结构与功能研究取得突破进展
2020年7月28日,中国科学院上海药物研究所徐华强课题组联合上海齐鲁锐格医药研发有限公司在GPCR小分子激活研究领域取得重大进展——首次解析了全激动剂小分子化合物与胰高血糖素受体复合物的冷冻电镜结构,阐述了全激动剂小分子激活高血糖素受体分子机制。该研究成果在线发表于国际知名学术期刊《细胞研究》(C ...中国科学院大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-12-25