科學家們可能剛剛找到了從恆星和星際塵埃和氣體雲中檢測到的一些神秘紅外光的來源。

幾十年來,這些不明紅外輻射 (UIE) 波段一直困擾著科學家。 根據一項新的理論工作,這些波段中至少有一些可以由高度電離的巴克敏斯特富勒烯產生,通常稱為巴克球。

香港大學空間研究實驗室的天體物理學家 Quentin Parker 說:「我非常榮幸能夠參與由 Dr. Sadjadi 進行的極其複雜的量子化學研究,這些研究帶來了這些非常令人興奮的結果。」

「他們首先關注富勒烯——碳 60——可以在非常高的電離水平下存活的理論證據,現在這項工作表明,這些物種的紅外發射特徵與已知的一些最突出的未識別紅外發射特徵非常匹配。這應該有助於重振這一研究領域。」

巴克敏斯特富勒烯 (C60) 是一種由 60 個碳原子組成的分子,排列成足球或橄欖球的形狀。在地球上,它可以天然存在於煤煙中,煤煙是有機物燃燒留下的碳殘留物。

在太空中,這種分子最近才被陽性檢測到:2010 年,它在星雲中被檢測到,2012 年,它在恆星周圍的氣體中被發現,2019 年,它漂浮在恆星間空洞的空間,在星雲中的稀薄氣體中被發現。

目前尚不清楚巴克球究竟是如何到達那裡的,儘管最近的研究表明它們(像很多其他東西一樣)是由垂死的恆星鑄造的。然而,由於它們在那裡,科學家們一直著迷於探索它的特性,以及它在廣闊的宇宙中會發生什麼。

此前,Parker 和他的同事,也是太空研究實驗室的天體物理學家 SeyedAbdolreza Sadjadi 表明,巴克球可以在惡劣的太空條件下承受相當大的打擊。

特別是,它們會變得高度電離——添加或去除電子的過程。巴克球坍塌前最多可以減去 26 個電子。

該研究沒有涵蓋的是電離水平會對巴克球發出的光造成的變化。 Sadjadi、Parker 和他們的同事 Chih-Hao Hsia 和 Yong Zhang 都隸屬於空間研究實驗室,他們開始著手調查。

他們進行了一系列量子化學計算,以確定可以看到這些分子的波長。

然後,他們將他們的發現與包括恆星和星雲在內的六個物體的紅外觀測結果進行了比較。研究人員說,結果既有趣又具有啟發性。

研究小組發現,電離巴基球可能會在與 UIE 相關的一些關鍵波長處發射中紅外光——在11.21、16.40 和 20-21 微米。

更確切地說,去除 1 到 6 個電子的巴基球的發射可以很容易地與另一種碳分子、多環芳香烴 (PAHs) 的紅外發射區分開來,後者與 6.2 微米波段相關。

由於多環芳香烴是 UIE 的另一個候選載體,這意味著巴克球不僅是一個強有力的候選者,而且可以很容易地將它們與其他潛在載體區分開來。

該團隊認為,這項研究為未來在中紅外波長范圍內的觀測提供了強有力的案例,以幫助追踪和識別與離子化巴克敏斯特富勒烯相關的 UIE。

「在我們的第一篇論文中,我們從理論上證明,高度電離的富勒烯可以存在並在惡劣和混亂的太空環境中存活下來。這就像問你可以從足球中擠出多少空氣,而球仍然保持其形狀。」Dr. Sadjadi 說。

「在這篇論文中,我們與另外兩位領先的天體物理學家和行星科學家合作……確定天體交響樂的分子振動音符,也就是這些電離巴基球會演奏/產生的光譜特徵。然後我們在太空中尋找它們,展示他們的音符/特徵很容易與多環芳香烴區分開來。」

該研究已發表在 The Astrophysical Journal 上。

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參考資料:

  1. STARR, M., (2022 August 2). Cosmic Buckyballs Could Be The Source of Mysterious Infrared Light. ScienceAlert
  2. Sadjadi, S., Parker, Q. A., Hsia, C. H., & Zhang, Y., (2022 July 27). A Theoretical Study of Infrared Spectra of Highly Positively Charged C60 Fullerenes and Their Relevance to Observed UIE Features. The Astrophysical Journal 
  3. 圖片來源:NASA, Artist’s impression of cosmic buckyballs. https://www.jpl.nasa.gov/videos/buckyballs-jiggle-like-jello
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