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尘埃表面化学:温度与冰组成成份变化

2018-10-10 17:16:54     来源:新疆天文台

中国科学院新疆天文台天体化学组博士研究生陈龙飞在导师常强指导下,完成了一项与尘埃表面化学相关的研究工作,文章已发表在英国《皇家天文学会月刊》(MNRAS,2018,479,2988)上。

尘埃表面化学:温度与冰组成成份变化

图1:不同尺寸的尘埃上面的温度起伏。对于最大的尘埃它的随机加热并不明显,它的温度被设成一个单一的值,其它的尘埃则是吸收了不同能量的光子所带来的温度起伏。

尘埃表面化学:温度与冰组成成份变化

图2:不同尺寸尘埃上面的冰组成成份随时间变化。尘埃上面的冰组成主要是:H2O,CO,CO2,CH4,NH3,H2CO,CH3OH等。不同尺寸的尘埃随机加热效应不同,导致不同尺寸的尘埃上面的冰组成成份不同。

在天体化学模拟中,一般使用的尘埃半径为0.1um,在冷云核的物理环境下,尘埃的温度大约为10K,如此低的尘埃温度使其表面的分子不能高效移动。然而,在实际的星际介质中,尘埃有尺寸分布,这意味着有大量比0.1um还要小的尘埃。对于这些小尘埃,研究表明,它们上面的温度并不能用一个单一的值来表示,这种效应称之为尘埃的随机加热。尘埃的随机加热是由于其吸收了外界的光子携带能量,从而使其温度升高,且尘埃的随机加热对小尺寸的尘埃效果更显著。


科研人员计算并模拟了四种尺寸的尘埃,它们上面的温度起伏如下图1所示。同时,还模拟了一个化学反应网络,它包含了653种分子和5942个反应。在尘埃的随机加热作用下,不同尘埃的温度又有很大的变化。那么,此时尘埃上面的化学会有什么变化呢?模拟结果如下图2,不同的尘埃上面的冰的组成成份随时间的变化。另外,研究者发现复杂有机分子HCOOCH3、CH3OCH3会在半径为0.01501um和0.00687um的小尘埃上面合成。由于在尘埃上面很难探测到这些复杂有机分子,下一步将计划通过增加一些解析机制,使尘埃上面的这些复杂有机分子解析到气相中,从而可以和观测做比较,来验证此模型的合理性。

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