富勒烯/多环芳香烃化合物分子团簇在星际空间中形成过程和光化学演化的研究取得新进展

发稿时间:2019-12-17,作者:浏览次数:56

在发现富勒烯(C60)并授予诺贝尔奖近15年之后的2010年,在NGC7023星云中首次发现了富勒烯(C60)分子,富勒烯(C60)分子也成为星际介质中被确认发现的最大的分子。更重要的是,富勒烯正离子(C60+)也于2015年被确定为弥散星际谱带的载体,即DIBs(diffuse interstellar bands)的载体,这也是从第一次观测到DIBs将近100年来,DIBs的载体的光谱特征第一次被确认:其在可见波段的两个谱带(963.2和955.7 nm)与观察到的两条DIBs谱带高度匹配。
近日,中国科学技术大学物理学院天文学系特任研究员甄军锋,在已有天文观测数据的基础上,通过模拟星际空间中各种不同的化学和物理条件,对富勒烯/多环芳香烃化合物(PAHs, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)分子团簇的形成过程和演化机理开展了研究并取得新进展。甄军锋团队使用一套基于四级杆离子过滤器,球形离子阱和反射式时间飞行质谱搭建的实验仪器平台以及配套的大分子离子团簇的产生装置和一套激光光源系统,于实验室中模拟了在气相条件下富勒烯/多环芳香烃化合物分子团簇的形成与光化学演化过程。
该团队通过实验与理论计算研究,获得了富勒烯分子与在星际空间中并存且共同演化的多环芳香烃化合物分子碰撞形成大分子团簇的反应形成机制,以及在激光辐射下的光化学演化过程,其研究成果分别发表在国际著名的天文学期刊《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal, 2019, 887, 70)和《皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2019, 490, 3498)。甄军锋研究员为这两篇文章的第一作者和通讯作者。
 图一:在没有激光照射情况下,形成的富勒烯/多环芳香烃化合物分子团簇的质谱图
 图二:理论计算获得的富勒烯/多环芳香烃化合物分子团簇的结构以及形成过程
图一展示了在没有激光照射的情况下,形成的富勒烯/多环芳香烃化合物分子团簇的质谱图。结合理论计算(图二),获得的富勒烯/多环芳香烃化合物分子团簇的分子团簇结构以及他们的形成过程。这些实验和理论计算结果对理解和构建星际大分子以及星际尘埃在星际空间中的形成过程和演化框架给出了实验和理论性指导。
本项研究得到中央高校基本科研业务费专项资金和国家自然科学基金的资助。